A smart connective control system was invented recently for coupling control of adjacent buildings. Previous studies on this topic focused on development of control algorithm for the smart connective control system and design method of control device. Usually, a smart control devices are applied to building structures after structural design. However, because structural characteristics of building structure with control devices changes, a iterative design is required for optimal design. To defeat this problem, an integrated optimal design method for a smart connective control system and connected buildings was proposed. For this purpose, an artificial seismic load was generated for control performance evaluation of the smart coupling control system. 20-story and 12-story adjacent buildings were used as example structures and an MR (magnetorheological) damper was used as a smart control device to connect adjacent two buildings. NSGA-II was used for multi-objective integrated optimization of structure-smart control device. Numerical simulation results show the integrated optimal design method proposed in this study can provide various optimal designs for smart connective control system and connected buildings presenting good control performance.

이 논문에서는 구조물의 내진성능 향상을 위한 방법으로서 구조부재 및 수동형 감쇠기의 통합최적설계기법을 제시한다. 이는 구조부재 및 감쇠기의 최적배치를 다루는 최적화기법이다. 통합시스템의 최적설계를 위하여 다목적최적화기법을 도입하고, 이를 보다 효율적으로 다루기 위하여 목표신뢰성 제한조건을 갖는 다목적최적화문제로 재구성하였다. 수치해석 예제를 통하여 다양한Pareto 최적해를 제시하였으며, 이들이 기존 설계방법에 상응하는 순차적 설계방법 및 가중합방법에 따른 단일목적함수 최적화방법을 포괄함을 검증하였다. 여러 Pareto 최적해로부터 강성 및 감쇠장치의 사용량을 달리하는 3가지 대표설계안을 선택하고 이들의 내진성능을 다양한 지진하중에 대하여 비교 분석하였다. 이로부터 제시하는 방법이 구조물의 내진성능 향상을 위한 설계방법으로서 효율적으로 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

초고층건물의 구조설계 정보에는 설계작업 프로세스 모델, 설계정보 전산모델, 기본설계 프로그램 및 설계 도서생성 프로그램 개발 등 여러 가지 특성화된 부분으로 구성되어 있다. 기존의 구조 설계정보는 통합적으로 관리되는 기능이 없기 때문에 건설 정보 교환에 대한 공유가 제대로 이루어지지 않고 있다. 이러한 설계정보의 데이터 수정 및 공유를 합리적으로 처리하기 위해서 통합설계에 대한 필요성이 증가하고 있다. 또한, 초고층 구조설계에서는 건설정보의 표준화가 이루어진 후 합리적인 정보교환을 위해서도 통합설계의 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 초고층건물의 구조설계를 위하여 STEP을 이용한 초고층 구조설계의 개념을 소개하고 초고층건물의 구조설계방법에 대한 질량 엔티티 및 기둥축소량 엔티티, 사용성평가 엔티티를 제안하고자 한다.

초고층건물 구조설계를 효율적으로 수행하고 설계정보를 합리적으로 처리하기 위해서 통합설계에 대한 필요성이 증가하고 있으며, 또한 기존의 설계사례를 D/B화하여 초기 설계단계에 적용하는 연구가 필요하다. 구조설계 초기 단계에서는 주재료와 구조형태를 선정하고 대략적인 부재치수를 선정하게 되는데, 이것은 건물높이, 사용하중, 기본풍속, 설계가속도, 최대수평변위, 기둥간격, 층고 등과 같은 정보와 유사 사례에 대한 정보를 토대로 결정하게 된다. 그리고 초기 개념설계 단계에서 주어진 문제를 해결하는 방법은 과거 유사한 문제의 해결지식이 유용하게 적용된다. 본 논문에서는 초고층건물의 통합설계시스템에서의 개념구조설계법을 소개하고, 초기 설계단계에서의 적합성을 초고층건물 적용 예제를 이용하여 검토하고자 한다.

이 연구에서는 지진하중을 받는 빌딩구조물에 대한 복합구조제어시스템의 최적설계방법을 제시한다. 복합구조제어시스템의 설계는 구조물의 부재뿐만 아니라 수동제어시스템 및 능동제어시스템의 용량 및 위치 최적화 과정으로 정의된다. 최적설계는 이 연구에서 제안된 다단계 목표계획법(Multi-Stage Goal Programming)을 이용하여 최적화문제를 정식화하고 목표갱신 유전자알고리즘(Goal-Updating Genetic Algorithm을 적용하여 합리적인 최적화를 진행해가는 과정으로 구성된다. 다단계 목표계획법에서는 구조물의 층간 상대변위와 제어시스템의 용량에 대한 설계목표를 여러 단계로 선정하고, 각 물리량과 설계목표간의 정규화된 거리 합으로서 목적함수를 정의한다. 목표갱신 유전자알고리즘은 각 단계별 설계목표를 만족하는 최적해를 검색하고, 현 단계의 모든 설계목표를 만족하는 최적해가 존재할 경우 설계목표를 순차적으로 갱신함으로써 보다 상위수준의 설계목표로 접근해 나아간다. 지진하중을 받는 9층의 빌딩구조물에 대한 수치 예를 통하여 복합구조제어시스템의 통합최적설계 과정을 기술하였고, 구조부재, 수동 및 능동제어시스템이 균등분포된 구조물과 최적 설계결과를 비교하여 제시하는 방법의 효율성을 검증하였다.

This paper describes three modules for development of the Space Frame Integrated Design System(SFIDS). The Control Module is implemented to control the developed system. The Model Generation Module based on PATRAN user interface enables users to generate a complicated finite element model for space frame structures. The Optimum Design Module base on a branch of combinatorial optimization techniques which can realize the optimization of a structure having a large number of members designs optimum members of a space frame after evaluating analysis results. The Control Module and the Model Generation Module Is implemented by PATRAN Command Language(PCL) while C++ language is used in the Optimum Design Module. The core of the system is PATRAN database, in which the Model Generation Module creates information of a finite element model. Then, PATRAN creates Input files needed for the analysis program from the information of the finite element model in the database, and in turn, imports output results of analysis program to the database. Finally, the Optimum Design Module processes member grouping of a space frame based on the output results, and performs optimal member selection of a space frame. This process is repeated until the desired optimum structural members are obtained.

본 연구는 철골 건축구조물에 관한 정보의 표현과 교환을 위하여 STEP을 이용한 구조해석 및 설계용 통합 시스템의 모델을 제시한다. 이러한 통합시스템을 구축하기 위하여 철골 구조물 제품모델을 위한 AP 230을 근간으로 기하 및 위상 정보를 나타낼 수 있는 Part 42와 상세한 구조해석을 표현할 수 있는 Part 104을 추가시키고자 한다. 이렇게 함으로서 철골구조물에 관한 종합적인 엔지니어링 정보의 표현을 보다 명확하게 하고 또한 정보의 교환을 보다 쉽게 할 수 있게 된다. 이러한 통합시스템의 개발모델에 따르면 구조물에 관한 상세정보와 시공정보들도 쉽게 추가할 수 있다.

본 논문에서는 건물 구조 통합 구조설계 시스템의 구현을 위한 설계모델인 설계 객체 모델을 제안하였다. 건물 구조에 대한 구조 설계 정보를 단계(초기구조설계, 해석, 상세설계) / 계층(시스템, 서브시스템, 콤퍼넌트)별로 분류 모델링한 후, 제시된 요구조건에 대한 세부관점별 해결방법을 고려하여 설계 객체 모델을 개발하였다. 이와 같은 방법론을 통하여 시스템 구현을 고려한 설계 객체 모델의 체계적 분석과 모델링이 가능하였다. 제시된 설계 객체 모델은 계획 설계 측면의 설계정보 표현을 통하여 효율적인 설계정보의 관리가 가능하며, 위상 설계 객체에 의한 공간상 구조부재의 인식이 용이하고, 해석 관련 설계정보를 이해하기 용이한 표현으로 관리할 수 있게 한다.

In order to reduce seismic responses of a structure, additional dampers and vibration control devices are generally considered. Usually, control performance of additional devices are investigated for optimal design without variation of characteristics of a structure. In this study, multi-objective integrated optimization of structure-smart control device is conducted and possibility of reduction of structural resources of a building structure with smart top-story isolation system has been investigated. To this end, 20-story example building structure was selected and an MR damper and low damping elastomeric bearings were used to compose a smart base isolation system. Artificial earthquakes generated based on design spectrum of low-to-moderate seismicity regions are used for structural analyses. Based on numerical simulation results, it has been shown that a smart top-story isolation system can effectively reduce both structural responses and isolation story drifts of the building structure in low-to-moderate seismicity regions. The integrated optimal design method proposed in this study can provide various optimal designs that presents good control performance by appropriately reducing the amount of structural material and damping device.