簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 楊書河
Yang, Shu-Ho
論文名稱: 非結構RC牆對韌性抗彎矩構架底層韌性容量的影響探討
Influence of non-structural RC walls on the ductility of bottom floors in Special Moment-Resisting Frames
指導教授: 洪崇展
Hung, Chung-Chan
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系碩士在職專班
Department of Civil Engineering (on the job class)
論文出版年: 2023
畢業學年度: 111
語文別: 中文
論文頁數: 245
中文關鍵詞: 非結構牆弱層塑鉸發展側推分析非線性動力歷時分析
外文關鍵詞: Non-structural RC wall, Weak floor, The development sequence of the plastic hinge, Pushover Analysis, Nonlinear Dynamic Timehistory Analysis
相關次數: 點閱:79下載:22
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 台灣地處環太平地震帶,建築物耐震能力設計是結構設計者必須面臨的最重要課題。目前結構設計通常以彈性分析設計為主,其數值分析模型的建立,通常未考慮填充牆(非結構牆)的影響。1F挑高或開放空間設計之建築物,當上層的牆量大過下層一定程度時,就很容易造成下層破壞,即所謂的弱層破壞,921集集大地震就出現了相當多底層為弱層的破壞案例。建築耐震設計規範亦提到對於此類建築物常無法檢核出弱層的存在,因而潛藏大震倒塌的危險。
    本文探討以建築耐震設計規範靜力分析方法以及以混凝土結構設計規範設計完成的空構架RC建築物,對於非結構RC牆的加入進一步以非線性靜力側推分析(PushOver Analysis)以及非線性動力歷時分析(Nonlinear Time History Analysis) 檢核後,觀察其塑鉸與韌性的發展。
    符合強柱弱梁設計的空構架結構物,非結構RC牆的加入之後仍能滿足底層韌性容量的需求。底層若以非結構RC牆的方式來提高牆量比,則會得到更好的韌性發展與韌性容量。若以提高柱斷面來來提高牆量比,分析結果顯示對韌性的發展與韌性容量差異不大。無論是側推分析或是非線性動力歷時分析,塑鉸的發展順序皆是由梁二端開始發展,顯示底層的柱有足夠的時間發展韌性,以滿足韌性容量的需求。
    單一方向底層非結構牆的加入,可以提升該方向的耐震能力,亦有助於該方向的塑鉸與韌性的發展,但不一定能提升另一方向的耐震能力,有時另一方向的耐震能力會降低。

    At present, structural design is usually dominated by elastic analysis design, and the establishment of its numerical analysis model usually does not consider the impact of infill walls (non-structural walls). First Floor for buildings with high ceiling or open space design, when the wall-volume ratio of the upper floor is larger than that of the lower floor to a certain extent, it is easy to cause damage to the lower floor, that is, the so-called weak story damage.
    Empty frame structures conforming to the design of strong columns and weak beams can still meet the demand for toughness and capacity of the ground floor after the addition of non-structural RC walls. If the ground floor uses non-structural RC walls to increase the wall-volume ratio, better toughness development and toughness capacity will be obtained. If the wall-volume ratio is increased by increasing the column section, the analysis results show that there is little difference between the development of toughness and the capacity of toughness. Whether it is lateral thrust analysis or nonlinear dynamic diachronic analysis, the development sequence of the plastic hinge starts from the two ends of the beam, which shows that the bottom column has enough time to develop toughness to meet the demand of toughness capacity.
    The addition of ground floor non-structural walls in one direction can improve the earthquake resistance in that direction, and also contribute to the development of plastic hinges and toughness in that direction, but it may not necessarily improve the earthquake resistance in the other direction, and sometimes the earthquake resistance in the other direction capacity will be reduced.

    摘要 i 誌謝 ix 目錄 x 表目錄 xvi 圖目錄 xxii 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究目的 1 1.3 研究方法 2 1.4 論文架構 3 第二章 文獻回顧 4 2.1 以反應譜分析的剪力屋架多自由度系統 4 2.2 彈性分析 8 2.3 非線性靜力側推分析 9 2.4 非線性動力歷時分析 10 2.5 SERCB 介紹 10 2.5.1 SERCB 背景說明 10 2.5.2 SERCB之非結構RC牆理論介紹 11 2.5.3 SERCB混凝土組成律 18 2.6 TEASPA 介紹 18 2.6.1 TEASPA 背景說明 18 2.6.2 TEASPA之非結構RC牆理論介紹 19 2.6.3 TEASPA混凝土組成律 22 2.7 名詞解釋 23 2.8 RC填充牆對鋼筋混凝土建築耐震能力影響之相關文獻 28 第三章 數值模型之建立 30 3.1 前言 30 3.2 建築物概述 30 3.3 數值模型的座標方向與分組 34 3.3.1 數值模型的座標方向 34 3.3.2 數值模型的分組 35 3.4 數值模型的編號 39 3.5 ETABS非結構RC牆之塑鉸建立驗證 41 3.5.1 ETABS以SERCB建立非結構RC牆塑鉸之數值模型驗證 41 3.5.2 ETABS以TEASPA建立非結構RC牆塑鉸之數值模型驗證 44 第四章 彈性分析 48 4.1 前言 48 4.2 地震力大小的決定 48 4.2.1 水平譜加速度係數 48 4.2.2 最小設計水平總橫力 50 4.2.3 動力分析總橫力調整 51 4.2.4 容許層間相對側向位移角之設計地震力 52 4.2.5 垂直地震力 53 4.2.6 載重組合 54 4.3 地震力豎向分配 56 4.4 數值模型分析結果檢核與比較 58 4.4.1 週期、主控模態有效振態質量比較 58 4.4.2 意外扭矩放大檢核Ax計算 59 4.4.3 軟層檢討-側向勁度 61 4.4.4 弱層檢討 63 4.4.5 建築物間隔檢核 65 4.4.6 質心與主要柱線容許層間相對側位移角檢核與比較 68 4.5 配筋設計結果與比較 75 4.6 綜合討論 79 第五章 非線性靜力分析-側推分析 80 5.1 前言 80 5.2 加入非結構RC牆數值模型的建立 80 5.2.1 牆量比計算 80 5.2.2 彈性模數與慣性矩的折減 81 5.2.3 遵守變形諧和 81 5.3 不同牆量比的週期、主控模態有效振態質量比較 82 5.3.1 SERCB、TEASPA週期差異的討論 82 5.4 不同牆量比的側推分析 85 5.4.1 不同牆量比的容量曲線比較 85 5.4.2 不同牆量比的耐震容量比較 91 5.4.3 SERCB、TEASPA耐震容量差異的討論 101 5.4.4 SERCB、TEASPA耐震容量在7F建築物Y方向差異的討論 101 5.4.5 不同牆量比的塑鉸發展與比較 101 5.4.6 不同牆量比質心與主要柱線容許層間相對側位移角檢核與比較 111 5.4.7 側向勁度的檢核與比較 114 5.4.8 SERCB、TEASPA側向位移差異的討論 114 5.5 PSERCB FOR WEAK STORIES不同牆量比的弱層檢核與比較 118 5.6 綜合討論 121 5.6.1 耐震容量與需求之比值 121 5.6.2 底層韌性發展的討論 122 5.6.3 耐震容量改變的討論 123 5.6.4 塑鉸發展的討論 123 5.6.5 靜力分析所留贅餘能量的討論 123 第六章 非線性動力歷時分析 129 6.1 前言 129 6.2 地震力之決定 129 6.2.1 現行建築物耐震設計規範及解說規定 129 6.2.2 設計反應譜之選擇 130 6.2.3 水平地震紀錄之選擇 131 6.2.4 建築物在所考慮方向的週期範圍 131 6.2.5 ETABS內建的擬合反應譜功能說明 132 6.2.6 調整水平地震紀錄與反應譜相符 134 6.3 非線性動力歷時分析結果比較 137 6.3.1 不同牆量比的塑鉸發展與比較 137 6.3.2 不同牆量比質心容許層間相對側位移角檢核與比較 140 6.4 構件韌性檢核 145 6.5 底層韌性發展的討論 146 6.6 綜合討論 146 6.6.1 耐震容量的討論 146 6.6.2 不同地震紀錄的反應討論 146 6.6.3 層間相對側位移角的討論 147 6.6.4 塑鉸發展趨勢的討論 147 第七章 結論與建議 151 7.1 主要結論 151 7.2 次要結論 151 7.3 本研究適用範圍之討論 152 7.4 建議與未來展望 153 參考文獻 155 附錄 160 附錄A 建築平面圖、建築立面圖、結構平面圖 161 A.1 7F建築物7F-H建築平面圖 161 A.2 7F建築物建築立面圖 163 A.3 7F建築物結構平面圖 165 A.4 14F建築物14F-1-H建築平面圖 169 A.5 14F建築物建築立面圖 175 A.6 14F建築物14F-1-H結構平面圖 179 附錄B 牆量比計算 185 B.1 牆量比計算-7F建築物7F-L 185 B.2 牆量比計算-7F建築物7F-H 186 B.3 牆量比計算-14F建築物14F-1~3-L 187 B.4 牆量比計算-14F建築物14F-1~3-H 188 B.5 牆量比計算-14F建築物14F-1~3-H-T 189 附錄C 配筋設計 190 C.1 7F建築物柱配筋設計7F-L-0 190 C.2 14F建築物柱配筋設計14F-1~3-L-0 192 C.3 14F建築物柱配筋設計14F-1~3-H-0 196 C.4 7F建築物梁配筋設計7F-L-0 200 C.5 14F建築物梁配筋14F-1-L-0 204 C.6 14F建築物梁配筋-14F-2-L-0 208 C.7 14F建築物梁配筋-14F-3-L-0 212 C.8 14F建築物梁配筋14F-1-H-0 216 C.9 14F建築物梁配筋14F-2-H-0 220 C.10 14F建築物梁配筋-14F-3-H-0 224 附錄D ETABS 內定參數修正 228 D.1 Set Rigid Zone:剛域-TEASPA set to 1.0 / SERCB set to 1.0) 228 D.2 Wall Properity:牆材質定義-Shell-Thin 229 D.3 Stiffness Reduce:勁度折減-TEASPA Column set to 0.7EI,Beam set to 0.35EI / SERCB set to 1 229 D.4 Analysis Model for Nonlinear Hinges:非線性鉸分析模式ModelHinges Within Elements 230 D.5 Load Case:垂直載重Nonliner-Push Gravity 230 D.6 Load Case:側向載重Nonliner-Xdirection PUSH-XP/Ydirection PUSH-YP 231 附錄E SERCB 2023輸入流程 232 E.1 SERCB輸入流程檢視表 232 附錄F TEASPA 4.3 輸入流程 233 F.1 TEASPA輸入流程檢視表 233 附錄G 構件斷面資訊輸入說明 236 G.1 SERCB構件斷面輸入說明 236 G.2 TEASPA 構件斷面資訊輸入說明 243

    [1] Anil K.Chopra, Dynamics of Structures - Theory and Applications to Earthqu-ake Engineering Fifth Edition in SI Units, 2017.
    [2] ATC-40, Seismic evaluation and restofit of cincrete building, 1996/11.
    [3] Dirk Bondy, S.E, Seismic Analysis Lectrue #11 Pushover Analysis, from https://www.youtube.com/watch?v=qfo6-SO27wo&list=PL9ljIqcbjYbsNEivCVHGyEZJERrQaLUlv&index=1&t=39s, 2019/6.
    [4] FEMA-440, Improvement of Nonlinear Static Seismic Analysis Procedures, 2005/6.
    [5] FEMA-451B, NEHRP Recommended Provisions:Design Examples, 2007/6.
    [6] J. B. Mander, M. J. N. Priestley、R. Park, “Theoretical Stress-Strain Model For Confined Concrete”, 1988.
    [7] J. B.Mander、M. J. N. Priestley、R. Park、“Observed Stress-Strain Behavior of Confined Concrete” , Vol. 116, 1990.
    [8] Mariateresa Guadagnuolo, Alfonso Donadio, Anna Tafuro, Giuseppe Faella、“ExperimentalBehavior of Concrete Columns Confined by Transverse Reinforce-ment with Different Details” , 2020.
    [9] Saeid Foroguhi, S. Bahadir Yuksel、“Investigation of Nonlinear Behavior of the Reinforced Concrete Columns for Different Confined Concrete Models” , 2021.
    [10] Van-Hoa Nguyen, Trong-Cuong Vo, Ngoc-Minh Pham, Duy-Duan Nguyen, “Assessment of Shear Strength Models of Reinforced Concrete Columns”,2022.
    [11] Yu-Chi Sung, Chin-Kuo Su, Chuan-Wei Wu, and I-Chau Tsai, “Performance- Based Damage Assessment of Low-Rise Reinforced Concrete Buildings”, sub-mitted to the Journal of China Institute of Engineer. (In Press)] ,2006.
    [12] 王亭復、王豐裕、陳志文、既有建築物耐震能力之評估與補強實例、中興工程、第94期、2007/01。
    [13] 台中市結構技師公會、110年度結構設計抽查作業審查重點、2021/03。
    [14] 宋裕祺、蔡益超、鋼筋混凝土建築物耐震能力評估SERCB-理論背景與系統操作SERCB手冊、2017/12。
    [15] 宋裕祺、SERCB 16.17版操作流程111.02.11v2、2022。
    [16] 宋裕祺、SERCB耐震詳評程式中構件模擬與破壞形式之基本原理說明、國立臺北科技大學結構補強講習課程講義、2011/10/16。
    [17] 宋裕祺、建築物耐震能力詳細評估SERCB之介紹與評估結果判讀、國立臺北科技大學、2018/10/7。
    [18] 宋裕祺、鋼筋混凝土建築物耐震能力詳細評估系統SERCB之介紹、國立臺北科技大學、2016/4/12。
    [19] 宋裕祺、葉祥海、蔡益超、謝尚賢、盧明德、蘇進國、賴明俊、鋼筋混凝土牆、磚牆塑鉸設定與含牆建築物耐震能力評估之研究、2007/10/25
    [20] 宋裕祺、SERCB 鋼筋混凝土建築物耐震能力評估系統操作解說for ETABS 16、17版、2022/02/11。
    [21] 邱聰智、鍾立來、涂耀賢、賴昱志、曾建創、翁樸文、莊明介、葉勇凱、李其航、林敏郎、王佳憲、沈文成、蕭輔沛、薛 強、黃世建、臺灣結構耐震評估與補強技術手冊(TEASPA V4.0)、NCREE-20-005、2010/04。
    [22] 李其航、翁健煌、劉建均、薛 強、邱聰智、 蕭輔沛、鍾立來、柱軸力變化對建築物耐震能力之影響、中興工程第145期、2019/10。
    [23] 邱聰智、蕭輔沛、鍾立來、翁健煌、李其航、劉建均、薛強、何郁姍、陳幸均、楊智斌、翁樸文、沈文成、涂耀賢、楊耀昇、李翼安、葉勇凱、黃世建、臺灣結構耐震評估與補強技術手冊(TEASPA V3.1)、NCREE-18-015、2018/10。
    [24] 邱聰智、許晉榮、魏銪廷、TEASPA4.2構件模擬技巧及檢核、TEASPA 4.2技術講習會、台北二場,2022/09/03。
    [25] 林建宏、宋裕祺、蔡益超、賴明俊、林冠禎、鄒本駒、鋼筋混凝土建築物耐震能力評估平台SERCB補強模組之開發與建築物評估估補強案例編撰、 2012/12。
    [26] 林宜靜、TEASPA 4.2分析問題探討暨既有建物耐震能力初步評估作業及審查要項、TEASPA 4.2技術講習會、2022/09/03。
    [27] 柯鎮洋、「建築物耐震補強設計與施工常見問題探討及解決方式」建築物實施耐震能力評估及補強講習會、2018/11/17。
    [28] 內政部、建築物耐震設計規範及解說100年版、2021/07/01。
    [29] 內政部、建築物耐震設計規範及解說111年版、2022/10/01。
    [30] 國家地震工程研究中心、耐震能力詳細評估之程序-容量震譜法、2012/8/18。
    [31] 陳清泉、建築物耐震評估方法之研修與作業準則之研擬、內政部建築研究所研究計畫成果報告-建築物耐震評估作業及震害資料庫建置之研究、2002/12。
    [32] 陳宗珷、陳俊仲、洪詩姵、結構側推分析商用軟體應用思維探討、第十屆中華民國結構工程研討會、2010/12。
    [33] 郭錫卿、成功大學土木系研究所高樓結構設計講義-第十一講_性能設計法、2022。
    [34] 許馨方、RC 填充牆對鋼筋混凝土建築耐震能力之影響、2007/8。
    [35] 國家地震工程研究中心、財團法人中興工程顧問社、臺灣結構耐震評估側推分析TEASPA線上服務網頁使用手冊(TEASPA4.3.0)、2023/2/24。
    [36] 內政部、混凝土結構設計規範、100.6.9版、2011/6/9。
    [37] 黃嘉德、洪崇展,鋼筋混凝土構架填充磚牆之側推行為分析,中華民國第十四屆結構工程研討會暨第四屆地震工程研討會,台灣、台中,2018年11月6-8日。
    [38] 曾楷誌、推覆分析法應用在鋼筋混凝土建築物耐震能力評估之應用研究、 2008/08。
    [39] 葉勇凱、蕭輔沛、沈文成、楊耀昇、黃世建、鋼筋混凝土建築物耐震能力詳細評估分析方法(推垮分析) 、NCREE-09-015、2009/06。
    [40] 楊耀昇、建築物耐震能力評估方法、分析內容及側推分析之驗證、中華民國土木技師公會全國聯合會 建築物實施耐震能力評估及補強講習會、 2013/06/29。
    [41] 楊雨潔、林智隆、劉德賢、涂耀賢、邱聰智、鍾立來、劉俊秀、RC隔間牆:國內常見樓層建築物之RC牆破壞模式探討、台灣省土木技師公會技師報1067期、2017/05/25。
    [42] 楊耀昇、耐震能力詳細評估(TEASPA介紹)、建築物耐震能力評估及補強講習會、國家地震工程研究中心、2017/10/08。
    [43] 廖文義、FEMA耐震評估方式介紹與側推分析常見問題探討、2010/11。
    [44] 劉德賢、涂耀賢、邱聰智、周逢霖、鍾立來、劉俊秀、江文卿、高樓建築物中RC隔間牆對耐震能力影響探討、台灣省土木技師公會技師報、1034期、 2016/10/01。
    [45] 蔡益超、宋裕祺、具弱層鋼筋混凝土建築物耐震能力之初步評估與補強、土木水利第四十五卷 第一期、2018/02。
    [46] 蔡益超、建築物耐震能力初步評估系統(PSERCB)與含弱層建築物耐震能力初步評估系統(PSERCB for Weak Stories)、建築物耐震能力初評與詳評系列講習會、2021/12/10。
    [47] 蔡益超、耐震性能力評估與非線性分析介紹、國立臺北科技大學結構補強講習課程講義、2010/10/16。
    [48] 蔡益超、宋裕棋、PSERCB弱層檢核-理論背景與系統操作、2020/08。
    [49] 蕭輔沛、葉勇凱、曾至堅、建築物耐震詳細評估方法之研究(一)、NCREE-07-049、2007/12。
    [50] 蕭輔沛、鍾立來、葉勇凱、簡文郁、沈文成、邱聰智、周德光、趙宜峰、翁樸文、楊耀昇、褚有倫、涂耀賢、柴駿甫 、黃世建、TEASPA3.0校舍結構耐震評估與補強技術手冊第三版、NCREE-13-023、2013/12。
    [51] 蕭輔沛、楊耀昇、性能曲線之分析與性能目標地表加速度之判定、2009/06/21。
    [52] 蕭輔沛、NCREE耐震詳評程式中構件模擬與破壞形式之基本原理說、2010/10/16。
    [53] 盧煉元、成功大學土木系研究所結構隔減震技術講義、2022。
    [54] 鍾立來、葉勇凱、簡文郁、柴駿甫、蕭輔沛、沈文成、TEASPA1.0校舍結構耐震評估與補強技術手冊、NCREE-08-023、2008/09。
    [55] 鍾立來、葉勇凱、簡文郁、蕭輔沛、沈文成、邱聰智、周德光、趙宜峰、楊耀昇、涂耀賢、柴駿甫、黃世建、孫啓祥、TEASPA2.0校舍結構耐震評估與補強技術手冊第二版、NCREE-09-023、2009/11。
    [56] 鍾立來、楊耀昇、邱聰智、結構耐震設計與評估:以側推分析檢核軟弱層、台灣省土木技師公會-技師報、2019/06/20。
    [57] 鍾立來、張盈智、邱聰智、李文誠、賴昱志、王慧雯、結構耐震設計及評估:ETABS性能點之檢核、技師報 NO1308、2022/01/01。
    [58] 鍾立來、TEASPA 4.2 理論基礎及性能準則、2022年TEASPA 4.2技術講習會、2022/09/03。
    [59] 薛強、ATC-40能力譜或容量譜法之改進、中興工程第70期、2001。

    下載圖示 校內:立即公開
    校外:立即公開
    QR CODE