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研究生：	蘇啟東 Su, Chii-Tung
論文名稱：	柱與剪力牆位置對建築結構系統規劃之研究 A Study on Column and Shear Wall Layout in Building Structural System Preliminary Design
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 - 建築學系碩士在職專班 Department of Architecture (on the job class)
論文出版年：	2005
畢業學年度：	93
語文別：	中文
論文頁數：	160
中文關鍵詞：	層間變位角、剪力牆、耐震評估、柱支承能力
外文關鍵詞：	loading capacity of columns, story-drift ratio, R.C.shear-walls, seismic-resistant assessment
相關次數：	點閱：109 下載：8
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　　柱支承能力是結構耐震最重要的一環，柱尺寸的初步判斷是影響整體結構變位的主要關鍵。柱尺寸太大影響居住空間浪費，太小又不足抵抗地震力。本文研究柱支承能力與耐震的合理需求等相關性，不僅能供建築專業人員進行耐震初步評估之用，亦可檢驗舊有建物的耐震能力。
　　日本耐震診斷及新耐震設計法中，有關柱單位支承重量及壁量比有一些數據可供參考，爲了研究其數據與耐震能力的確實力學相關性，及考慮有關影響因素如：不同地震力大小、建物高度不同、樑柱剛度比不同、混凝土強度不同、樓層數不同等。採取各種不同建物模型建立加以分析比較。先固定建物跨距、樓層數、地震力、變位角及高度，以各種不同重量加入程式分析，建立圖表研判柱支承能力的相關性。
　　確立柱W/EI值與耐震能力有較大的相關性後，再逐一個別改變各種影響因素，加以分析比較確定不同高度、不同地震力、不同樓層數、不同樑柱剛度比.等可加以利用的相關修正值，以便任何形態建物，可以利用某一基本分析模型資料，以簡易方式評估其耐震能力程度。本文由變位角的大小可求柱I之適當值，亦可以由柱I值大小反求建物的變位角數據，從而了解柱與耐震能力的相關性。
　　純構架加入剪力牆後，可以有效降低位移、增加結構體剛度、提高結構物的耐震性。但剪力牆位置不同其提高的耐震能力差距極大，一般以正中央位置或有對稱性之配置效果較為明顯。而剪力牆面積以長度之增加影響較大，厚度增加影響較小。剪力牆厚度之增加，在中央位置或有對稱性配置時效果才會顯著。

　Loading capacity of column is essential for the seismic-resistant capacity of a building structure. The primary assessment of columns’ size is key to affect the displacement of the structure. Too large columns waste space,but too small can’t resist seismic force. This study on the relationship of loading capacity of columns and a reasonable requirement of seismic-resistant capacity of a building not only provide a preliminary seismic-resistant analysis for architectural professionals but also for building seismic diagnosis.

　Japanese seismic -resistant analysis and new method of the seismic-resistant design about loading capacity of the unit column and the wall/floor area ratios have some data for us to use.In order to find specific dynamic relationship between that of data and seismic-resistant capacity,some related factors such as different seismic force,height of building, stiffness ratio of column and girder are considered. To analyze with computer program ETABS and compare with different building model and weight by setting spans of building, numbers of floor, seismic force, story –drift ratio and height , charts can be established to estimate the relationship of columns and seismic-resistnt capacity .

　After confirming relationship between value W/EI and seismic force,then change different factor one by one to analyze different height, seismic force, number of floor, stiffness ratio of columns and girders and the like, the correction factors which can be applied for any type of building with one basic model data to estimate seismic force in easy way. The study in this thesis can obtain not only proper I value of columns from drift ratio, but also data of drift ratio from I value of the building.It is expected to understand the relation ship of columns and seismic –resistant capacity of a building.

It can efficiently decrease displacement,increase stiffness of the structure and strengthen the seismic-resistant capacity after pure framework is joined to the R.C shear-walls . But it can make large difference with different location of R.C shear-walls for strengthening seismic -resistant capacity of a building . It affect a lot more to increase the length of the shear-walls area than that of thickness. The effect is more obvious with increasing thickness of R.C.shear-walls at the center or symmentry.

■中文摘要                                                          I

■英文摘要                                                         III

■誌謝                                                              V

■目錄                                                             VII

■表目錄                                                           XI
 
■圖目錄                                                           XV
 
■相片目錄                                                        XVI
                                                    

第一章 緒論

1-1  研究動機及目的                                                I-1                                          
1-2  文獻回顧                                                       I-2
1-3  研究方法                                                      I-7
1-4  研究範圍                                                      I-7
1-5  研究過程及資料彙整                                            I-7
1-6  研究內容                                                     I-10

第二章 結構分析方法與模型之建立

2-1  分析方法                                                     II-1
2-2  各種結構模型建立                                             II-1
2-3  地震力選擇及性能目標                                         II-2
2-4  材料強度                                                     II-4

第三章 RC柱樑框架系統模擬分析及統計比較

3-1 線性剛架結構系統變位角簡介                                    III-1
3-2 單跨單層不同間距之分析.                                       III-2                                   
3-2.1  單層單跨間距為4公尺之模擬分析                             III-3
3-2.2  單層單跨間距為5公尺之模擬分析                             III-6
3-2.3  單層單跨間距為6公尺之模擬分析                             III-8
3-2.4  單層單跨間距為9公尺之模擬分析                            III-10
3-2.5  單層單跨改變層間變位角之模擬分析                          III-12
3-2.6  單層高度不同之模擬分析及其修正值                          III-13
3-2.7  單層單跨樓層高度變化之模擬分析                            III-13
3-2.8  單層單跨柱面積相同而柱形狀不同變化之結構模擬分            III-19                               
3-3.   單跨多層結構系統模擬分析及其修正值                        III-20
3-3.1  單跨二層結構系統模擬分析及其修正值探討                    III-20
3-3.2  單跨五層結構系統模擬分析及其修正值探討                    III-23
3-3.3  單跨十二層結構系統模擬分析及其修正值探討                  III-27
3-3.4  地震災區案例模擬探討                                      III-29
3-3.5  單樓層與多樓層W/EI修正關係比較                           III-31
3-4.   樑柱剛度比不同之分析檢討與修正關係比較                    III-31
3-5.   單層雙跨結構系統之分析                                    III-33
3-6.   單層參跨結構系統之分析                                    III-38
3-7.   結構分析統計資料及圖表                                    III-41

第四章 一般教室單元結構系統之模擬分析探討


4-1  不同結構柱數之柱承載重量比較分析判斷                        IV-1
4-2  控制質量與柱總面積相同時之比較探討                          IV-6
4-3  地震災區實例評估資料                                        IV-8
4-4  小結                                                       IV-14

第五章 地震災區實例模擬分析比較與探討

5-1  A案例(雲林縣林內鄉曉明中學A棟)                             V-1 
5-2  B案例(雲林縣林內鄉曉明中學B棟)                             V-3
5-3  C案例(嘉義梅圳國小視聽中心（X向）                          V-5
5-4  D案例(嘉義太興國小專業教室)                                 V-6
5-5  E案例(嘉義內埔國小圖書館)（X向弱軸）.                        V-7
5-6  F案例(嘉義內埔國小圖書館)（Y向）.                            V-8
5-7  G案例(嘉義內埔國小圖書館個別單柱) .                           V-8
5-8  H案例(南投縣十二樓集合住宅-開放空間大樓)                     V-8
5-9  I案例(南投縣十二樓集合住宅-開放空間大樓)
（原柱70×70CM改110×110CM）改善判斷                     V-10
5-10 J案例(南投縣十二樓集合住宅-開放空間大樓)
（原柱70×70CM改120×120CM）改善判斷                     V-10 
5-11 K案例(南投縣九樓辦公大樓).                                   V-11
5-12 L案例(南投縣九樓辦公大樓，最不利之單柱判斷).                 V-12

第六章 剪力牆位置影響樑柱結構抗震能力之關係探討

6-1   單片剪力牆不同位置影響三跨樑柱框架結構抗震能力之關係比較   VI-1
6-2   雙片剪力牆連接而不同位置影響三跨樑柱框架結構震能力之
關係比較                                                   VI-4
6-3   兩片剪力牆平行(單格間距)其而不同位置影響三跨樑柱框架結構
抗震能力之關係比較                                         VI-6
6-4	兩片剪力牆平行(雙格間距)其不同位置影響三跨樑柱框架結構
抗震能力之關係比較                                         VI-8
6-5	兩片剪力牆平行(參格間距)其不同位置影響三跨樑框架結構
抗震能力之關係比較                                        VI-10
6-6   參片剪力牆連接而不同位置影響三跨樑柱框架結構抗震能力
之關係比較                                                 VI-11
6-7   參片剪力牆相互平行而不同位置影響三跨樑柱框架結構抗震能力
之關係比較                                                VI-12
6-8   肆片剪力牆相互平行而不同位置影響三跨樑柱框架結構抗震能
之關係比較                                                VI-14
6-9   角落剪力牆 X、Y向相互作用影響三跨樑柱框架結抗震能力
之關係比較.                                               VI-16
6-10  剪力牆厚度增加與剪力牆位置不同之影響程度探討              VI-18
6-11  單片剪力牆不同位置影響四跨樑柱框架結構抗震能力
之關係比較                                                VI-22
6-12  雙片剪力牆不同位置影響四跨樑柱框架結構抗震能力
之關係比較                                                VI-24
6-13  雙片剪力牆平行間距不同影響四跨樑柱框架結構抗震能力
之關係比較                                                 VI-26
6-14  雙片剪力牆不同位置影響四跨樑柱框架結構抗震能力
之關係比較                                                VI-28
6-15  三片剪力牆不同位置影響四跨樑柱框架結構抗震能力
之關係比較                                                VI-30
6-16  剪力牆靠邊緣數量不同時影響四跨樑柱框架結構抗震能力
之關係比較..                                               VI-32
6-17  剪力牆靠中間數量不同時影響四跨樑柱框架結構抗震能力
之關係比較..                                               VI-34
6-18  剪力牆正中央數量不同時影響四跨樑柱框架結構抗震能力
之關係比較..                                               VI-36
6-19  剪力牆實例探討                                            VI-39
6-19.1. 四樓透天案(X向)..                                         VI-39
6-19.2. 四樓透天案(Y向)..                                         VI-41
.
第七章 結論與建議

7-1 結論                                                        VII-1
7-2 建議                                                        VII-2 

參考文獻

參考文獻                                                          1
■ 著作簡歷
■ 著作權聲明
表1-1   VISION 2000功能設計建議案...............................I-6
表3-1   單層單跨(4M)結構分析資料............................................................III-5
表3-2   單層單跨(5M)結構分析資料..............................III-7
表3-3   單層單跨(6M)結構分析資料..............................III-9
表3-4   單層單跨(9M)結構分析資料..............................III-11
表3-5   單層單跨層間變位角為0.025之結構分析資料...............III-12
表3-6   單層單跨層間變位角為0.005之結構分析資料...............III-13
表3-7   單層單跨(高度不同)結構分析資料........................III-15
表3-8   單層單跨(高度7.6及4公尺)結構分析之W/EI值比較資料...........III-16
表3-9   單層單跨(高度7.6及3公尺)結構分析之W/EI值比較資料...........III-16
表3-10  單層單跨(高度6及3公尺)結構分析之W/EI值比較資料..............III-16
表3-11  單層單跨(高度6及4公尺)結構分析之W/EI值比較資料..............III-17
表3-12  單層單跨(高度5及4公尺)結構分析之W/EI值比較資料..............III-17
表3-13  單層單跨(高度5及3公尺)結構分析之W/EI值比較資料..............III-17
表3-14  單層單跨(高度4及3公尺)結構分析之W/EI值比較資料…...........III-18
表3-15  單層單跨柱面積相同而柱形狀不同變化之結構模擬分析...............III-19
表3-16  單跨二層結構系統模擬(上下層層間變位角不同)分析資料............III-22
表3-17  單跨二層結構系統模擬(上下層層間變位角相同)分析資料............III-22
表3-18  伍層單跨結構分析資料.. .......................................III-24
表3-19  伍層單跨結構分析資料..........................................III-25
表3-20  伍層（X向）單跨（Y向）四跨跨結構分析資料......................III-26
表3-21  拾貳層單跨結構分析資料........................................III-28
表3-22  拾貳層單跨結構分析資料(南投縣十二樓集合住宅開放空間住宅大樓) ....III-30
表3-23  樑柱K值比不等於1：1之結構分析資料................................III-32
表3-24  單層雙跨(各柱間距4M)結構系統分析資料(地震總橫力採V＝0.15W) ......III-34
表3-25  單層雙跨(各柱間距4M)結構系統分析資料(地震總橫力採V＝0.196W)......III-36
表3-26 單層雙跨(各柱間距4M)結構系統分析資料(地震總橫力採V＝0.236W) ......III-37
表3-27 單層參跨結構系統分析資料(地震總橫力採V＝0.15W) ..................III-39
表3-28 單層參跨結構系統分析資料(地震總橫力採V＝0.236W) ................III-40
表3-29  W/AC、W/EI值相同時，單、雙、叁、肆跨之抗震能力比較.........III-43
表3-30 層間變位角與W/EI值之統計表(單跨、雙跨) .....................III-45
表3-31 層間變位角與W/EI值之統計表(叁跨、肆跨) .....................III-46
表4-1  不同結構柱數之結構分析資料...................................IV-5
表4-2  不同結構柱數(質量相同)之結構分析資料.........................IV-7
表4-3  不同結構柱數(柱面積相同)之結構分析資料.......................IV-8
表4-4  瑞里地震災區 二十五棟校舍之單位柱載重及W/Ac排序................. IV-10
表4-5  十一棟校舍之單位柱載重及耐震能力評估(Z=0.736 G，Fc´=130kg/㎝²)....IV-11
表4-6  十一棟校舍之單位柱載重及耐震能力評估(Z=0.736 G，Fc´=130kg/㎝²) ....IV-12
表4-7  十一棟校舍之單位柱載重及耐震能力評估(Z=0.413 G，Fc´=210kg/㎝²).....IV-13
表4-8  單位柱EI載重及耐震能力評估研究參考數據............................ IV-14
表5-1  A地震災區案例探討 雲林縣林內鄉曉明中學（A棟）.....................V-13
表5-2  B地震災區案例探討 雲林縣林內鄉曉明中學（B棟）................... V-14
表5-3  C地震災區案例探討 嘉義梅圳國小視聽中心（X向）................... V-15
表5-4  D地震災區案例探討 嘉義太興國小專業教室（X向）................... V-16
表5-5  E地震災區案例探討 嘉義內埔國小圖書館（X向）....................... V-17
表5-6  F地震災區案例探討 嘉義內埔國小圖書館（Y向）....................... V-18
表5-7  G地震災區案例探討 嘉義內埔國小圖書館（最不利個別柱）…... V-19
表5-8  H地震災區案例探討  南投縣十二樓集合住宅開放空間................ V-20
表5-9  I地震災區案例探討  南投縣十二樓集合住宅開放空間 
（原柱70×70cm改110×110cm）................................................ V-21
表5-10 J地震災區案例探討 南投縣十二樓集合住宅開放空間
（原柱70×70cm改120×120）.................................................. V-22
表5-11  K地震災區案例探討  南投縣九樓辦公大樓............................. V-23
表5-12  L地震災區案例探討 南投縣九樓辦公大樓（個別弱柱檢討）...............V-24
表6-1  單片剪力牆不同位置影響三跨樑柱框架結構抗震能力之關係比較............VI-3
表6-2  單片剪力牆不同位置影響三跨樑柱框架結構抗震能力之關係比較(厚度不同) .VI-4
表6-3  雙片剪力牆連接而不同位置影響三跨樑柱框架結構抗震能力之關係比較......VI-5
表6-4  兩片不同位置平行剪力牆(單格間距)影響三跨樑柱框架結構抗震能力之關係比較.......... ........................................................... .VI-7
表6-5  兩片不同位置平行剪力牆(雙格間距) 影響三跨樑柱框架結構抗震能力之關係比較...................................................................... .VI-9
表6-6  兩片不同位置平行剪力牆(參格間距) 影響三跨樑柱框架結構抗震能力之關係比較................................................................... ....VI-10
表6-7  參片剪力牆連接而不同位置影響三跨樑柱框架結構抗震能力之關係比較.....VI-11
表6-8  參片剪力牆相互平行而不同位置影響三跨樑柱框架結構抗震能力之關係比較.VI-13
表6-9  肆片剪力牆相互平行而不同位置影響三跨樑柱框架結構抗震能力之關係比較.VI-15
表6-10 角落剪力牆 X、Y向相互作用影響三跨樑柱框架結構抗震能力之關係比較....VI-17
表6-11 剪力牆厚度增加與剪力牆位置不同之影響程度關係比較.............. .VI-19
表6-12 剪力牆厚度增加與剪力牆位置不同之影響程度關係比較.............. .VI-20
表6-13 剪力牆厚度增加與剪力牆位置不同之影響程度關係比較表.......... .VI-21
表6-14 單片剪力牆不同位置影響四跨樑柱框架結構抗震能力之關係比較表.........VI-23
表6-15 雙片剪力牆不同位置影響四跨樑柱框架結構抗震能力之關係比較表.........VI-25
表6-16  雙片剪力牆平行間距不同影響四跨樑柱框架結構抗震能力之關係比較表....VI-27
表6-17  雙片剪力牆不同位置影響四跨樑柱框架結構抗震能力之關係比較(中間位置)VI-29
表6-18  雙片剪力牆不同位置影響四跨樑柱框架結構抗震能力之關係比較(邊緣位置)VI-30
表6-19  三片剪力牆不同位置影響四跨樑柱框架結構抗震能力之關係比較.........VI-31
表6-20  剪力牆靠邊緣數量不同時影響四跨樑柱框架結構抗震能力之關係比較......VI-33
表6-21  剪力牆靠中間數量不同時影響四跨樑柱框架結構抗震能力之關係比較......VI-35
表6-22  剪力牆正中央數量不同時影響四跨樑柱框架結構抗震能力 之關係比較.....VI-37
表6-23  剪力牆正中央數量不同時影響四跨樑柱框架結構抗震能力之關係比較..... VI-38
表6-24  四樓透天案(X向)加設剪力牆之結構分析資料......................... VI-40
表6-25  四樓透天案( Y向)加設剪力牆之結構分析資料........................ VI-42
圖1-1  日本十勝沖地震與壁率(青山修改之至賀圖表)………………………... I-3
圖1-2  柱承載能力研究過程 1…………………….………………….………... I-8
圖1-3  柱承載能力研究過程 2…………………………………………….….... I-9
圖1-4  研究過程資料彙整…………………………………………………….... I-9
圖3-1  高度不同提高百分比的修正參考圖表………..……..………………...III-2
圖3-2  線性彈性系統單跨結構系統變形示意圖………………...…………... III-2
圖3-3  單樓層與多樓層W/EI修正關係圖…………………………...……... III-31
圖3-4  層間變位角與W/EI關係圖…………………………………………...III-41
圖3-5  各結構系統在不同柱承載重量下，與其層間變位角之關係圖…… III-42
圖3-6  研究結果數據與個案評估流程圖…………………………………... III-47
圖4-1  國內ㄧ般四種標準教室參考平面圖…………………………..……... IV-2
圖4-2  台灣常見之標準單元教室……………………………………………. IV-3
圖5-1  雲林縣林內鄉曉明中學--A棟平面參考圖………….………………...V-2
圖5-2  雲林縣林內鄉曉明中學-- B棟參考圖………………………………...V-4
圖5-3  嘉義梅圳國小視聽中心參考圖…………………………………..…... V-5
圖5-4  嘉義太興國小專業教室參考圖…………………………………..…... V-6
圖5-5  嘉義內埔國小圖書館參考圖………………………………………..... V-7
圖5-6  南投縣十二樓集合住宅-開放空間大樓參考圖…………….….……...V-9
圖5-7  南投縣九樓辦公大樓參考圖……………………………………….… V-11
圖6-1  剪力牆位置與邊緣起第幾道柱間之抗震關係概略圖…………..…..VI-41

相片1  曉明中學- A棟教室正面外觀現況照片………………………….……..V-3
相片2  曉明中學- A棟教室一樓柱破壞現況照片………………………..…….V-3
相片3  曉明中學- B棟教室正面外觀現況照片………………………..……….V-4
相片4  曉明中學--A、B棟現況照片…………………………………..………..V-4
相片5  開放空間大樓 地震倒塌現況照片…………………………………....V-10
相片6  九樓辦公大樓倒塌現場照片…..………………………………….…V-12

                                    

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校外：2005-09-02公開

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