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研究生:鄭至伸
研究生(外文):Chih-Shen Cheng
論文名稱:黏性阻尼器應用於建築結構之最佳化設計
論文名稱(外文):Optimal Design of Viscous Dampers for Building Structures
指導教授:呂良正呂良正引用關係
指導教授(外文):Liang-Jenq Leu
口試委員:黃震興宋裕祺郭世榮
口試日期:2015-07-07
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:土木工程學研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:黏性阻尼器最佳化配置建築結構
外文關鍵詞:viscous damperoptimal placement of dampersbuilding structures
相關次數:
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  黏性阻尼器(Viscous Damper)為經常被採用建築結構減震元件,但目前國內外規範當中,FEMA 273/274提供了黏性阻尼器設計參數利於工程界使用,對於其配置方法並無具體的建議與規定,此外由於運用最佳化演算法而衍生的設計流程太過複雜與數學化,使得實務工程採用的意願低。

  本研究的目的為尋找線性黏性阻尼器在結構物中的最佳化配置,使阻尼器有效地發揮功能,降低結構物受震反應。

  文獻上黏性阻尼器最佳化配置方法包括簡化循序搜尋演算法(Simplified Sequential Search Algorithm, SSSA)、竹脇法(Takewaki Method)、拉文法(Lavan A/R Method)以及分配法(Distribution Method)。本研究搭配不同性能指標─結構動力反應或轉換函數將現有最佳化配置方法改良,並提出新的分配法改善高樓層建築配置效果不佳的問題。除此之外,也應用其他最佳化演算法─元素交換法(EEM)於黏性阻尼器最佳化配置,其方法簡單且迭代步數少,配置結果於地震歷時下減震效果穩定。

  本研究以不同樓高之剪力構架作為範例,並以各種方法進行阻尼器配置。最後,利用統計方式檢核在不同方法配置結果下,結構於實際地震中之表現,並比較其優劣,討論出有效配置方式。


For the better seismic performance, buildings are designed to resist earthquake by adding passive control devices in recent years. The current code such as Federal Emergency Management Agency, FEMA 273/274 suggests a simple way to design viscous dampers. However, the issue of the efficient placement of viscous dampers has received little attention. Various viscous dampers placement methods have been proposed for about twenty years, but they are not widely used in practical design due to their complexity.

In this thesis, we focuses mainly on the simple ways to find the optimal placement of viscous dampers. The methods such as SSSA, Takewaki Method, and Lavan A/R Method have been improved. Furthermore, the other simple optimization algorithm-Element Exchange Method is adopted to find the optimal dampers placement as well. Distribution methods in the literature will be discussed, and our research group proposed two distribution methods in order to obtain the better performance of the buildings under earthquakes.


Shear type buildings are adopted to find the optimal damper placements with different methods and the results have been examined by true earthquake records. Finally, statistical methods are utilized to examine them.


致謝 I
摘要 II
ABSTRACT III
目錄 V
表目錄 VIII
圖目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 1
1.3 研究內容 2
第二章 阻尼器最佳化配置方法 3
2.1 前言 3
2.2 竹脇法(Takewaki Method) 3
2.2.1 剪力構架轉換函數推導 3
2.2.2 最佳化問題描述 5
2.3 簡化循序搜尋演算法(SSSA) 6
2.3.1 最佳化方法與步驟 6
2.4 拉文法(Lavan A/R Method) 7
2.4.1 最佳化方法與步驟 7
2.5 分配法(Distribution Method) 9
2.5.1 單自由度結構系統黏性阻尼器可提供之阻尼比 9
2.5.2 含黏性阻尼器系統之有效阻尼比 10
2.5.3 多自由度剪力構架系統黏性阻尼器之阻尼比推導 10
2.5.4 線性黏性阻尼器阻尼係數分配方法介紹 12
2.6 小結 15
第三章 阻尼器最佳化配置方法改良 17
3.1 前言 17
3.2 元素交換法(EEM)應用於阻尼器最佳化配置 17
3.2.1 目標函數為各樓層最大層間位移之最大值 18
3.2.2 目標函數為各樓層層間位移轉換函數之最大值 19
3.2.3 停止條件 19
3.3 拉文法(Lavan A/R Method)改良 20
3.3.1 目標函數為各樓層最大層間位移之最大值 20
3.3.2 目標函數為各樓層層間位移轉換函數之最大值 21
3.3.3 停止條件 21
3.4 分配法應用於黏性阻尼器配置討論與改良 22
3.4.1 現有分配法修改 22
3.4.2 提出分配法 24
3.5 小結 25
第四章 範例與綜合討論 27
4.1 前言 27
4.2 剪力構架描述 27
4.3 人工合成地震 29
4.3.1 人工合成地震程式 30
4.3.2 人工合成地震範例與討論 30
4.4 簡化循序搜尋演算法(SSSA) 38
4.5 元素交換法(EEM) 40
4.5.1 目標函數為各樓層最大層間位移之最大值 40
4.5.2 目標函數為各樓層層間位移轉換函數之最大值 42
4.6 拉文法(Lavan A/R Method) 44
4.6.1 目標函數為各樓層最大層間位移之最大值 44
4.6.2 目標函數為各樓層層間位移轉換函數之最大值 46
4.7 分配法(Distribution Method) 48
4.7.1 均勻分配(UD) 48
4.7.2 按樓層剪力分配(SSPD) 49
4.7.3 按樓層彈性應變能分配(SSSE) 50
4.7.4 考慮重要樓層後依樓層彈性應變能分配(SSSEES) 51
4.7.5 依樓層層間位移分配(SDPD) 52
4.7.6 考慮重要樓層後依樓層層間位移分配(SDPDES) 53
4.8 檢核與綜合比較 57
4.8.1 世界各地450筆真實地震歷時資料檢核配置結果 57
4.8.2 台北二區真實地震歷時資料檢核配置結果 60
4.9 台北二區真實地震設計並檢核 62
4.9.1 配置結果 62
4.9.2 檢核 66
4.10 小結 68
第五章 總結與未來展望 69
5.1 總結 69
5.2 未來展望 70
附錄一 450筆地震歷時資料 71
附錄二 台北二區集集地震及331地震歷時資料 85
參考文獻 87


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