본 논문에서는 20,000톤 규모 상부구조물의 안전한 해상작업을 실현하기 위한 플로트오버 공법 개발과 관련하여 능동형 갑판지지 프레임의 구조설계 민감도해석을 수행하였다. 새로운 형식의 능동형 갑판지지 프레임의 구조 민감도해석을 위해 주요 부재의 치수를 3수준 설계인자로 고려하고 구조강도 평가 응력 및 중량을 응답치로 설정하여 직교배열 실험계획법을 수행하였다. 민감도해석을 통해 주요부재 별 응답치에 대한 정량적 영향도를 분석하였고, 실험계획법 상의 설계행렬로부터 최소중량 설계안을 검토하였다. 또한 실험계획법 데이터를 이용한 다양한 메타모델을 생성하고, 메타모델의 정확도를 비교하여 능동형 갑판지지 프레임의 최적설계에 적합한 메타모델을 선정하였다. 선정된 메타모델을 이용하여 중량감소를 위한 결정론적 최적화해석을 수행하였다. 능동형 갑판지지 프레임의 구조설계와 관련된 불확실성을 고려한 신뢰성 기반 설계최적화를 수행하고, 결정론적 최적화해석 결과와 비교하여 신뢰성 기반 설계 최적화 결과의 유용성을 검토하였다.