본 연구에서는 횡하중을 받는 합성부재를 이용한 고층평면골조의 횡변위를 정량적으로 제어할 수 있는 효율적인 강성최적설계기법을 제시하고자 한다. 이를 위해 합성부재를 이용한 고층 구조물의 거동특성을 고려한 민감도 해석을 수행하며, 아울러 수학적계획법의 일반성을 유지하면서도, 큰 규모의 문제도 효율적으로 다룰 수 있는 근사화 개념을 도입하여 구속조건식을 설정한다. 특히 초기에 주어진 단면형상이 최적설계 과정동안 계속 유지된다는 가정을 이용하여 최적설계결과에서 구해진 단면특성에 따라 합성부재의 치수를 산출하는 방안을 강구한다. 제시된 정량적인 횡변위 제어 방안의 효용성을 검토하기 위해 두 가지의 50층 골조 예제가 고려된다.

기계구조물을 슬리브 없이 볼트-너트 체결하는 경우 판재의 강성에 대해서는 많은 연구가 진행되어 신뢰할 수 있는 이론이 보고되어 있다. 그러나 토목 분야에서 많이 사용되는 슬리브가 있는 볼트-너트 체결부에 대한 연구는 미진한 상태이다. 본 연구에서는 슬리브가 있는 경우 볼트-너트로 체결된 판재의 강성을 계산하는 공식을 유도하고 이를 콘크리트 구조물의 예에 적용하였다. 제안된 공식의 결과를 단순합산식과 유한요소법에 의한 결과와 비교하여 그 타당성과 유용성을 밝혔다. 본 연구에서 제안한 공식은 슬리브가 있는 체결부의 판재 강성을 계산하는데 유용하게 사용할 수 있을 것이다.

본 연구에서는 골조의 안정과 구조적인 거동에 영향을 미치는 2차 효과에 의한 기하학적 비선형 문제, 세장비가 작은 부재 단면의 소성, 보-기둥 접합부의 상태, 그리고 부재 내부에 발생되어 있는 기하학적 초기결함을 고려한 복합적인 비선형 해석프로그램을 개발하여, 철골조 구조물의 거동을 근사적으로 예측하고자 한다. 그리고, 각 비선형 해석의 신뢰성을 검증하고, 상호관계를 파악되기 위해서 각 해석에 따른 좌굴하중과 거동을 비교 검토한다.

본 연구에서는 보울트-너트 체결기구의 체결장력 설계(Pre-Load Design)시 중요한 인자의 하나인 체결체의 강성(Stiffness)을 유한요소법을 이용하여 해석하였다. 비선형 간극요소(Non-linear Gap Element)와 최적화 기법(Optimization Technique)을 도입하여 유한요소해석 과정에서 요구되는 경계조건(Boundary Condition)의 설정과정을 일반화하였으며, 체결체간의 기밀성 상실 현상을 입증하였다. 변형량과 응력분포로부터 체결체의 강성을 해석하고, 기존의 경험식의 적용범위를 검토하였다.