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研究生: 陳奕樵
Chen, Yi-Chiao
論文名稱: 台灣濕式輕隔間牆耐震補強研究
A Study of Seismic strengthening Behavior for Light-gage Partition Walls with Mortar-infill in Taiwan
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: 2012
畢業學年度: 100
語文別: 中文
論文頁數: 128
中文關鍵詞: 非結構牆座板濕式輕隔間牆層間變位角功能設計Vision2000
外文關鍵詞: Nonstructural wall, mortar-filled partition wall, story-drift, Performance-Based Earthquake Engineering design
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  • 濕式輕隔間牆在台灣的建築工程使用上日漸普遍,但其在地震作用下之結構行為及安全性則很少人作探討。且從台灣近幾年的震害經驗顯示,在中小型地震時,結構體雖不致損壞,但濕式輕隔間牆這類非結構牆以及內埋牆體內的水管卻已遭受破壞,而造成不小的損失。

    本文主要目的在透過濕式輕隔間牆之耐震試驗,了解台灣目前現地工法的破壞情形與改善現地工法發現到的問題去做改良式的試體做一耐震比較。本研究首先製作了4座面內及2座面內與面外相交之不同型態的濕式輕隔間牆,以千斤頂控制其層間變位量進行試驗,並記錄各試體在不同階段下之破壞情形。

    從試驗中觀察到台灣現地工法的濕式輕隔間牆在地震過後主要破壞行為可分為構件與板材兩部分。構件破壞包括:邊柱破壞、火藥擊釘遭拔起、U型下座板破壞以及水管剪斷。板材破壞行為則有:板材受擠壓產生皺摺碎裂、挫屈隆起凹陷以及與間柱脫離。由實驗結果可知,現地工法的濕式輕隔間牆試體在一開始的層間變位角,已經參與到結構體的變形。主要行為會先發生牆體旋轉,產生U型下座板的破壞,所以到後來的大層間變位角時恐有面外倒塌的可能性,威脅到使用者生命安全;且預埋在其內部的水管在地震過後也可能會遭剪斷,造成空間機能使用上的困難。針對現地牆體破壞情形乃提出改良式的W4試體,試驗結果觀察到可以有效的讓牆體在一開始的層間變位時不參與到結構體的變形。牆體力學行為由轉動變為滑移,所以沒有發生下座板的破壞,在大層間變位角時沒有面外倒塌的可能性;而預埋的水管在經過防火陶瓷纖維棉的包覆,讓水管破壞往後延遲到層間變位角0.03之後。

    最後本文根據實驗結果及Vision2000之地震危害層級定義,將台灣濕式輕隔間牆不同的破壞階段與其對應之層間變位角,分為無害階段、局部破壞階段,震後需維護階段並且歸納比較出,現地工法與改良式試體其在不同階段之震後破壞情形,以方便使用者或設計者參考。

    The mortar-filled partition walls (MFP) are extensively used in architectural practice in Taiwan; however, the issues of their mechanical behaviors and seismic capacity are yet unidentified. Some reconnaissance reports after moderate earthquakes in Taiwan revealed that despite the building structures remained in good condition, the components and piping system in the MFPs had damaged and leading to noticeable losses due to flooding.

    This study, therefore, aims at investigating the MFP’s seismic behaviors of current practice in Taiwan and attempts to improve them by providing retrofit details via experimental research. In the testing program, the loading steps were displacement-control by using an actuator, which subject the lateral in-plane loading to four MFP specimens with I shape, and two with T shape, in the plane layout. A total of six MFP specimens were tested with lateral cyclic loading to observe their damage models under different drift levels.

    From the test results, it reveals that the current practicing in MFP specimens deformed along with building styuctures as soon as the initial story-drift started. The specimen rotated and it led to the damage of the U runner at the bottom. With the story-drift increased to a certain level, the MFP specimen tended to fall in the out-of-plane direction, threatening the life safety of the occupants. Furthermore, the failure of the water piping impedes the operation and function of the buildings after earthquakes. In contrast, the behavior of the MFP with the retrofit details, the W4 specimen, has significantly improved due to the gap in the specimen made the wall sliding rather than rotating. The sliding delayed the deformation and damage of the wall against the story-drift, and prevented the damage of the bottom U runner. Also, the water piping, wrapped by the CERAMICS FIBER reinforced wool, remained undamaged and functional until the story-drift reached 0.03.

    Lastly, this study concluded in categorizing the damage stages and their corresponding story-drift into three levels according to the Performance-Based Earthquake Engineering design methodology (Vision 2000). They include (1) no-damage, (2) slight-damage, and (3) moderate-damage and repairable.

    目 錄 表目錄 Ⅳ 圖目錄 V 第一章 緒論 1-1 1-1 研究動機及目的 1-1 1-1-1 研究動機 1-1 1-1-2 研究目的 1-2 1-2 文獻回顧 1-3 1-3 研究方法 1-6 第二章 台灣常見濕式輕隔間牆 2-1 2-1 隔間牆種類 2-2 2-2 台灣濕式輕隔間牆的施工及特點 2-5 2-3 濕式輕隔間牆材料的性質 2-11 2-3-1 常用板材種類與特性 2-11 2-3-2 常用骨架種類與特性 2-12 2-3-3 常用心材與火藥擊釘、自攻螺絲種類及特性 2-16 2-3-4 耐震問題研究 2-18 第三章 濕式灌漿輕隔間牆試驗裝置及試體規劃 3-1 3-1 濕式灌漿牆心材的材料性質 3-1 3-2 試體規劃程 3-6 3-3 試體製作 3-18 3-4 試驗準備工作及加載歷程 3-23 3-5 試驗設備規畫 3-26 第四章 試驗過程及結果比較分析 4-1 4-1 各試體試驗過程及結果 4-1 4-2 層間變位角與濕式輕隔間牆之損壞關係 4-14 4-3 各試體破壞比較分析及討論 4-20 4-3-1 面內試體W1與現地工法試體破壞比較分析 4-21 4-3-2 改良面內工法不同試體破壞比較分析 4-26 4-3-3 分間牆試體破壞現況分析 4-34 4-4 小結 4-39 第五章 功能設計法與輕隔間牆耐震性能檢討 5-1 5-1 Vision2000F及FEMA273功能設計法 5-1 5-1-1 Vision2000功能設計法 5-1 5-1-2 FEMA273 功能設計法 5-2 5-2 台灣濕式輕隔間牆耐震性能之功能設計分級 5-5 第六章 結論及建議 6-1 6-1 台灣濕式輕隔間牆主要耐震性能 6-1 6-2 結論重點 6-3 6-2 建議及後續研究 6-4 參考文獻 參-1 表 目 錄 表2.1 隔間系統分類 2-3 表2.2 隔間系統細部分類表 2-4 表2.3 骨架灌漿系統牆體構成的材料 2-6 表2.4 溼式灌漿隔間系統與1/2B磚牆或RC牆比較表 2-8 表2.5 纖維水泥板性能 2-12 表2.6 牆壁輕鋼架組件之尺寸 2-13 表2.7 上、下座板與間柱骨架規格 2-14 表2.8 鍍鋅量表 2-15 表3.1 輕質砂漿抗壓強度試驗結果表 3-5 表3.2 試體規畫表 3-9 表4.1 W1試體各階段破壞過程表 4-3 表4.2 W2試體各階段破壞過程表 4-5 表4.3 W3試體各階段破壞過程表 4-7 表4.4 W4試體各階段破壞過程表 4-9 表4.5 W5試體各階段破壞過程表 4-11 表4.6 W6試體各階段破壞過程表 4-13 表5.1 美國Vision2000功能設計法建議案 5-2 表5.2 FEMA273之建築物功能設計等級 5-4 表5.3 FEMA273對乾式隔間牆損壞等級 5-4 表5.4 現地工法建議之功能設計標準 5-7 表5.5 本文改良式牆體建議之功能設計標準 5-7 圖 目 錄 圖1.1 水管斷裂圖 1-2 圖1.2 牆體滲水圖 1-2 圖2.1 濕式T型直交輕隔間牆平面圖 2-2 圖2.2 濕式L型轉角輕隔間牆平面圖 2-2 圖2.3 骨架式灌漿牆系統 2-3 圖2.4 濕式灌漿牆工法(一) 2-9 圖2.5 濕式灌漿牆工法(二) 2-10 圖2.6 岩棉(T.F.R.B) 2-17 圖2.7 火藥釘固定圖A.為座板、B.為邊柱 2-17 圖2.8 自攻螺絲鎖固板材 2-17 圖2.9 一般混凝土釘和本試驗的一般鋼構釘 2-18 圖3.1 輕質砂漿圓柱試體抗壓實驗 3-3 圖3.2 無養護的輕質砂漿抗壓強度 3-4 圖3.3 預埋水管圖 3-8 圖3.4 預埋水管包覆軟性防火材圖 3-8 圖3.5 W1試體組裝構造(單位:cm) 3-10 圖3.6 W2試體組裝構造(單位:cm) 3-11 圖3.7 W3試體組裝構造(單位:cm) 3-12 圖3.8 W4試體組裝構造(單位:cm) 3-13 圖3.9 W5試體組裝構造(單位:cm) 3-14 圖3.10 W6試體組裝構造(單位:cm) 3-15 圖3.11 W3與W4細部接合圖比較 3-16 圖3.12 W2邊柱細部設計 3-17 圖3.13 W6邊柱細部設計 3-17 圖3.14 濕式輕隔間牆組裝過程(一) 3-19 圖3.15 濕式輕隔間牆組裝過程(二) 3-20 圖3.16 濕式輕隔間牆組裝過程(三) 3-21 圖3.17 各試體完工圖 3-22 圖3.18 試驗計畫流程 3-24 圖3.19 加載歷程圖 3-25 圖3.20 面內試驗框架詳細裝置設計圖 3-28 圖3.21 面內、面外試驗框架詳細裝置設計圖 3-29 圖3.22 實驗架、試體與周邊器材整體圖 3-30 圖3.23 面內位移計配置圖(一) 3-30 圖3.24 面內位移計配置圖(二) 3-31 圖3.25 面內、面外位移計配置圖 3-31 圖3.26 試驗裝置設備 3-32 圖4.1 試體釘孔隆起圖 4-14 圖4.2 試體釘孔破壞圖 4-14 圖4.3 板材擠壓皺摺圖 4-15 圖4.4 角落皺褶後的擠壓碎裂圖 4-15 圖4.5 接縫紙帶隆起圖 4-16 圖4.6 板材接縫開裂圖 4-16 圖4.7 板材受擠壓隆起折斷圖 4-16 圖4.8 板材大面積挫屈破壞圖 4-16 圖4.9 板材脫離間柱圖 4-17 圖4.10 板材皺褶碎裂脫離間柱圖 4-17 圖4.11 擴孔破壞與釘子被拔起圖 4-18 圖4.12 自攻螺絲被剪斷圖 4-18 圖4.13 間柱腹板呈現喇叭孔狀圖 4-18 圖4.14 火藥釘穿透間柱圖 4-18 圖4.15 邊柱受擠壓彎曲圖 4-18 圖4.16 邊柱擠壓內凹圖 4-18 圖4.17 下座板與板材鎖固 4-19 圖4.18 下座板脫離結構體被抬起 4-19 圖4.19 下座板腹板擴孔與穿透 4-19 圖4.20 上座板翼板破壞 4-19 圖4.21 水管破壞過程圖 4-20 圖4.22 水管破壞影響功能 4-20 圖4.23 補土碎裂圖 4-23 圖4.24 邊柱火藥擊釘被拔開圖 4-23 圖4.25 板材與邊柱翼板直接鎖固 4-23 圖4.26 釘孔60度破壞圖 4-23 圖4.27 水管剪斷破壞圖 4-23 圖4.28 力量-層間變位角圖 4-24 圖4.29 W1試體力量-位移圖 4-25 圖4.30 W1破壞階段試體力量-位移圖 4-25 圖4.31 水管預留緩衝空間圖 4-29 圖4.32 邊柱板材大面積掉落圖 4-29 圖4.33 邊柱及收邊間柱破壞圖 4-29 圖4.34 自攻螺絲不與混凝土連接 4-30 圖4.35 板材受擠壓圖 4-30 圖4.36 板材隆起破壞圖 4-30 圖4.37 板材破裂縫圖 4-30 圖4.38 包覆陶瓷綿水管破壞 4-30 圖4.39 包覆防火帶水管破壞 4-30 圖4.40 力量-層間變位角圖 4-31 圖4.41 彈性階段力量-層間變位角圖 4-32 圖4.42 W3力量-位移圖 4-33 圖4.43 W4力量-位移圖 4-33 圖4.44 牆體結合處裂開圖 4-36 圖4.45 面外牆體被推移圖 4-36 圖4.46 面外牆體上座板被推移 4-36 圖4.47 面外牆體下座板被推移 4-36 圖4.48 釘孔、上座板翼板破壞 4-36 圖4.49 面內試體上方板材破壞 4-36 圖4.50 面外試體上座板、板材破壞 4-37 圖4.51 力量-層間變位角圖 4-38 圖4.52 T型牆改良式接合處 4-39 圖4.53 L型牆改良式接合處 4-39 圖6.1 A.下座板鎖固板材 B.下座板不鎖固板材 6-4

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    下載圖示 校內:2013-02-16公開
    校外:2013-02-16公開
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