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研究生: 黃聰良
Huang, Txung-Liang
論文名稱: 建築懸吊管線系統耐震補強研究-以消防管線為例
A Study on Seismic Retrofit of Suspension Piping Systems in Buildings:A Case Study of Fire Protection Sprinkler Piping System
指導教授: 姚昭智
Yao, George C.
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 規劃與設計學院 - 建築學系
Department of Architecture
論文出版年: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 129
中文關鍵詞: 非結構物消防管線耐震設計懸吊管線系統
外文關鍵詞: non-structural component, fire protection sprinkler piping system seismic design, suspended piping system
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  • 1999年921集集地震及2010年甲仙地震造成醫院消防管線系統受損而導致醫療使用機能受損,由上述震損顯示台灣目前尚缺乏對於懸吊消防管線系統的耐震設計。本研究旨在透過電腦模型來分析國外現有管線耐震設計規範,並比較其優缺處來發展台灣懸吊管線耐震設計規範。
    本文首先回顧三個國外管線耐震設計規範條文,分別為NFPA 13(美國消防協會)、ASHRAE(美國採暖、製冷及空調工程師協會)及GB(中國建築機電工程抗震規範)。規範主要補強方式為設置斜向支撐,提升系統側向剛度來降低管線系統與樓板間的相對位移量,減少管線系統的組構件損壞,但三者各有不同規定內容。
    本研究先藉由自由振盪試驗及振動台白噪音試驗分別取得無斜撐及有斜撐管線系統的自振頻率,並利用SAP 2000建立管線系統結構分析模型,以確認實際試體系統識別與管線模型模態分析成果相符,成果顯示模型與實際試體的可靠性,結構分析模型可合理使用。
    本研究接著使用三組案例分別以各規範進行管線耐震設計,透過SAP 2000進行動力歷時分析,輸入Sin 1Hz 980gal之水平雙向加速度歷時,分析成果顯示以NFPA 13規範設計之管線模型的耐震效果最佳。
    最後, NFPA 13管線耐震設計規範雖然為三個規範分析成果中耐震效果表現最佳,但仍有可以加強之處,本研究提出條文細節修正並以模型輔助驗證修正規範成果,成果顯示可以有效提升耐震性能。

    This study investigates foreign specification of piping system seismic design as foundation to develop Taiwamese piping system seismic design specification. First, confirming the structure analysis model is reasonable through model test, then use different pipng system cases to run the seismic design in foreign specification. Finally, dynamic timehistory analysis on the structure analysis model are executed. Discussing the advantages and disadvantages of the foreign specification in different cases. The results show piping system design to specification of NFPA 13, performed better, but it still have some amendable items. Finally, this study proposes the specification amendment, and use the analysis model to be authenticated. Analysis results show the proposed method can raise the piping system’s seismic performance.

    第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究方法與流程 1 1.3 文獻回顧 4 第二章 懸吊管線系統耐震設計 6 2.1 耐震設計方向 6 2.1.1 耐震設計結構動力原理 6 2.1.2 懸吊管線系統常見補強元件介紹 8 2.2 耐震設計規範介紹 9 2.2.1 美國防火協會(NFPA 13) [1] 10 2.2.2 美國採暖、製冷與空調工程師學會(ASHRAE) [2] 17 2.2.3 中國建築機電工程抗震設計規範(GB) [3] 22 2.2.4 規範差異比較 25 第三章 懸吊管線系統數值分析 28 3.1 實驗試體設置 28 3.2 耐震斜撐設置 30 3.3電腦數值模擬分析 32 3.3.1 電腦模型設定 32 3.3.2 數值分析成果 44 3.4 小結 48 第四章 現況實驗與分析 49 4.1無斜撐試體系統識別 49 4.2 安裝斜撐試體系統識別 57 4.2.1衝擊載重法 57 4.2.2自由振動法 67 4.2.3振動台白噪音實驗 69 4.2.4系統識別成果 86 4.3 數值分析與系統識別成果比較 87 4.4 小結 90 第五章 案例數值分析及耐震設計建議 91 5.1管線耐震設計案例圖說 91 5.2 電腦模型數值分析 98 5.2.1 動力歷時分析 98 5.2.2 位移量分析 100 5.2.3 構件內力分析 109 5.2.4樓板錨定點強度檢核 115 5.2.5地震歷時分析小結 117 5.3 管線耐震設計建議 118 5.3.1懸吊桿 118 5.3.2斜撐設置規定 119 第六章 結論與建議 126 6.1 結論 126 6.2 建議與後續研究 127 參考文獻 128 附錄A 129

    [1]National Fire Protection Association(2009).NFPA13:Standard for the Installation of Sprinkler, 2013 Ed., NFPA , Massachusetts, USA.
    [2]James R. Tauby, Richard Lloyd (2012). Practical Guide to Seismic Restraint (2nd ed.): ASHRAE.
    [3]中華人民共和國住房和城鄉建設部, 建築機電工程抗震設計規範, 北京: 中華人民共和國國家標準.
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    [7]林凡茹, 建築消防撒水管線系統耐震性能評估方法研究, 台北市: 國立臺灣大學, 2017.
    [8]張詠程, 高細長比斜撐之耐震行為與補強研究, 台南市: 國立成功大學, 2013.
    [9]內政部營建署, 建築物耐震設計規範及解說, 2011.
    [10]內政部營建署, 鋼結構容許應力設計法及解說, 2010.
    [11]喜利得股份有限公司, 混凝土結構用錨栓設計與解說, 科技圖書股份有限公司, 2009.
    [12]劉宇凡, 膨脹螺栓安全埋入深度之研究-以分離式冷氣為例, 臺北市: 國立臺北科技大學, 2012.
    [13]黃秉毅, 高科技廠房懸吊式運輸系統之耐震補強研究, 台南市: 國立成功大學, 2017.
    [14]胡珮文, 醫院消防撒水系統耐震易損性分析研究, 台北市: 國立臺灣大學, 2015.

    下載圖示 校內:2021-08-31公開
    校外:2021-08-31公開
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