Design of Elastic Building Frame and Space Truss Structure for Constrained Strains via Inverse Problem Formulation

通过反问题公式设计约束应变的弹性建筑框架和空间桁架结构

• 批准号: 09650627
• 负责人: KOSAKA Ikuo
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: KYOTO INSTITUTE OF TECHNOLOGY
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09650627/
• 关键词: Optimum design; Fuzzy theorey; α-level sets; Building structure; Specified grade design; Response constraint design; Space Truss; prestress; 施工時挙動解析; ファジィ設計法; 部分構造合成法; 複合立体トラス

Thanks to the grant-in-aid, following excellent results were obtained.(1) Under construction, the already-constructed parts of the structure are deformed by dead loads. Then, new members will be added to these parts of the structure successively, initial imperfection has been introduced to the structure in this process. In this research, an analytic method is proposed to calculate the response by dead loads under construction.(2) By using substructure synthesis method, stiffness matrix is formed in the almost same process as that of the construction of the structure. An example of precast composite space truss structure is worked out to propose the advantages of this method. The imperfection introduced in the process of construction of the structure is calculated.(3) The fuzzy design problem of building structures which satisfy the specified grade is formulated. The determination method of fuzzy constraint for object function is presented, by using the solution to the corresponding optimum crisp design problem. In this problem, the design variables are fuzzy numbers and α-level set of fuzzy theory is used. The solution to this fuzzy problem is derived directly from the solution to the corresponding optimum design problem of crisp numbers. The closed form solutions are very useful for determining members of a structure in the design process, as designers have only to select the members whose dimensions are within the range of fuzzy design variables.(4) The specified grade design problem of multistory multispan frames under a set of horizontal loads is formulated. This problem is an fuzzy optimum design problem in which both the fuzzy constraint relating to plastic collapse load factor and the fuzzy objective function relating to the weight of the structure are adopted. The method is proposed for derivation of exact closed form solutions to the fuzzy design variables of that problem.

在助学金的帮助下，取得了以下良好的效果：(1)在施工中，结构的已建成部分在恒载作用下发生变形。然后，将新的构件陆续添加到结构的这些部分，在这个过程中结构已经引入了初始缺陷。本文提出了一种计算施工过程中恒载响应的解析方法。(2)采用子结构综合法，建立了与结构施工过程基本一致的刚度矩阵。最后以预制组合网架结构为例，说明了该方法的优越性。对结构在施工过程中引入的缺陷进行了计算。(3)提出了满足规定等级的建筑结构模糊设计问题。利用相应的优化设计问题的解，给出了目标函数模糊约束的确定方法。该问题以模糊数为设计变量，利用模糊理论中的α-Level集。该模糊问题的解直接从相应的清晰度最优设计问题的解中得到。在设计过程中，由于设计者只需选择尺寸在模糊设计变量范围内的构件，因此闭合形式解对于确定结构构件是非常有用的。(4)建立了多层多跨框架在一组水平荷载作用下的指标级配设计问题。该问题是一个模糊优化设计问题，其中既采用了与塑性破坏载荷因子有关的模糊约束，又采用了与结构重量有关的模糊目标函数。给出了该问题模糊设计变量的精确闭合解的推导方法。

项目成果

小坂 郁夫: "ファジィ理論を用いた建築骨組の満足度指定設計" 日本建築学会構造系論文集. 第516号. 129-134 (1999)

小坂郁夫：《利用模糊理论进行建筑框架的满意度设计》日本建筑学会结构工程学报第 516. 129-134 号（1999 年）。

小坂 郁夫: "設計用水平力を受ける建築骨組の構造部材重量と保有水平耐力を指標とした満足度指定設計法" 第6回ファジィ建築土木応用シンポジウム論文集. (1999)

小坂郁夫：“以承受设计水平力的建筑框架的结构构件重量和水平承载力为指标的满意度规范设计方法”，第六届模糊建筑与土木工程应用研讨会论文集（1999年）。

北尾聡子、小坂郁夫: "設計解を順次求める方法を利用した一次固有周期制約条件の満足度を満たすせん断型建築骨組の設計手順"日本建築学会大会学術講演梗概集(中国). B-1構造系I. 353-354 (1999)

北尾佐藤子、小坂育夫：《使用顺序求出设计方案的方法满足一阶自然周期约束的剪力型建筑框架的设计程序》日本建筑学会会议（中国）学术讲座论文集。 -1 结构系列 I. 353-354 (1999)

北尾聡子,小坂郁夫: "設計解を順次求める方法を利用した一次固有周期制約条件の満足度を満たすせん断型建築骨組の設計手順"日本建築学会大会学術講演梗概集(中国). B-1構造系I. 353-354 (1999)

北尾佐藤子、小坂育夫：《使用顺序求设计解的方法满足一阶自然周期约束的剪力型建筑框架的设计程序》日本建筑学会会议（中国）学术讲座论文集。 -1 结构系列 I. 353-354 (1999)

小坂郁夫、北尾聡子、丸田憲司: "ファジィ理論を用いた建築骨組の満足度指定設計"日本建築学会構造系論文集. 第516号. 129-134 (1998)

Ikuo Kosaka、Satoko Kitao、Kenji Maruta：“利用模糊理论进行建筑框架的满意度设计”日本建筑学会结构工程论文集第 516. 129-134 号（1998 年）。