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研究生: 陳俞均
Chen, Yu-Jun
論文名稱: 懸吊式匯流排系統耐震設計研究
A Research on Earthquake Resistance Design of Suspended Busway Systems
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: 2024
畢業學年度: 113
語文別: 中文
論文頁數: 127
中文關鍵詞: 懸吊式匯流排系統非結構物耐震設計振動台實驗數值模擬
外文關鍵詞: Suspended busbar system, non-structural seismic design, shake table experiment, numerical simulation
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  • 台灣位於板塊交界處,地震頻繁發生,根據多年來的震損經驗,建築物結構體耐震規範及技術日漸成熟,然而在震後建築物完好無損的情形下,頻繁發生建築物內許多重要的設備因沒有採取耐震相關措施或補強因震動過大導致損壞或與相鄰之設備或結構物碰撞產生破壞而失去使用機能之災害。例如2024年4月3日花蓮地震,發生多起懸吊式匯流排系統損壞的情形,由於匯流排導體之絕緣層因震動磨損,導致系統燒焦短路,如嚴重者則可能發生火災,進而對生命安全造成威脅。
    故為了避免匯流排系統損壞之情形,並維持建築物使用機能,本研究對於懸吊式匯流排系統進行補強設計,主要針對國內常見的低電壓裝甲型匯流排,於數值分析軟體 ( SAP2000 ) 建立相應的數值模型,並透過振動台實驗驗證數值模型之準確性及補強方法之可行性。振動台實驗係搭配台灣實務上常見的角鋼作為補強材料設計四組不同懸吊方式之直線段匯流排試體,並將試體分為補強組及無補強組,利用振動台實驗得出之系統自振頻率與位移歷時反應驗進行分析與比較。
    研究之補強設計乃參考台灣習用工法以及國外規範GB與NFPA13規範配置,最後利用數值分析軟體分析實務上匯流排系統案例,進一步提出台南某一電子廠案例匯流排之補強建議。

    Taiwan is located at the boundary of tectonic plates, where earthquakes frequently occur. Based on years of experience with earthquake damage, building structural seismic codes and technologies have become increasingly mature. However, even when buildings remain intact after an earthquake, many important internal equipment systems are often damaged due to the lack of seismic measures or reinforcement, as excessive vibration leads to damage or collisions with neighboring equipment or structures, causing a loss of functionality. For example, in the Hualien earthquake on April 3, 2024, multiple instances of damage to suspended busbar systems were reported. The vibration caused wear on the insulation layer of the busbar conductors, leading to system short circuits, and in severe cases, fires, which posed a serious threat to life safety.
    To prevent such damage to busbar systems and maintain the functionality of buildings, this study focuses on seismic reinforcement design for suspended busbar systems. The study targets the commonly used low-voltage armored busbars in Taiwan. A corresponding numerical model is created using numerical analysis software (SAP2000), and shake table experiments are conducted to verify the accuracy of the numerical model and the feasibility of the reinforcement methods. The shake table experiments use commonly used angle steel reinforcement materials in Taiwan and design four different suspension configurations for straight-section busbar specimens. These specimens are divided into reinforced and non-reinforced groups, and the system's natural frequency and displacement time history responses obtained from the shake table tests are analyzed and compared.
    The reinforcement design in this study references Taiwan's common construction practices as well as international standards, including the GB and NFPA13 codes. Finally, numerical analysis software is used to analyze practical cases of busbar systems, and reinforcement recommendations for a busbar system in an electronics factory in Tainan are provided.

    摘要 I ABSTRACT II 致謝 IX 目錄 X 圖目錄 XIII 表目錄 XIX 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5 第二章 文獻回顧6 2.1 懸吊式匯流排系統文獻回顧6 2.2 懸吊式消防管線系統文獻回顧11 2.3 國內外匯流排系統耐震設計相關標準12 2.3.1 用戶用電裝置規則12 2.3.2 GB50981-2014建築機電工程抗震設計規範12 2.3.3 NFPA1315 2.3.4 國內外懸吊系統耐震設計相關標準比較17 2.4 匯流排系統震損研究18 2.4.1 破壞試體介紹18 2.4.2 破壞分析與檢測結果20 第三章 懸吊式匯流排系統振動台實驗與分析25 3.1 實驗目的25 3.2 實驗規劃25 3.2.1 振動台性能與實驗構架介紹25 3.2.2 實驗試體參考與分析27 3.2.3 實驗試體介紹33 3.2.4 實驗量測設備介紹36 3.3 實驗輸入震波介紹37 3.4 實驗結果與分析39 3.4.1 系統識別39 3.4.2 阻尼比41 3.4.3 地震歷時下之位移反應46 3.5 小結50 第四章 懸吊式匯流排系統數值模擬與驗證52 4.1 懸吊式匯流排系統數值模型建立52 4.1.1 裝甲型匯流排設定52 4.1.2 角鋼吊架設定54 4.1.3 垂直牙桿吊架設定56 4.1.4 匯流排與支撐架間之束制設定57 4.2 懸吊式匯流排系統數值模擬與驗證59 4.2.1 模態分析與系統識別比較59 4.2.2 地震歷時分析65 4.3 小結73 第五章 匯流排系統耐震設計案例75 5.1 案例簡介75 5.2 輸入之地震歷時介紹76 5.3 懸吊系統配置設計77 5.4 位移與加速度歷時分析79 5.5 不同懸吊深度及直線管道長度位移分析82 5.5.1 不同懸吊深度分析82 5.5.2 不同直線管道長度位移分析84 5.6 系統構件內力分析87 5.7 小結90 第六章 結論與建議91 6.1 結論91 6.2 建議94 參考文獻95 附錄96 附錄A 實驗試體參考之各組最大位移量96 附錄B 振動台實驗地震輸入波之樓板加速度歷時98 附錄C 振動台實驗地震輸入波之樓板加速度反應譜102

    [1] 曾增維(2022)。懸吊式匯流排系統動態行為實驗研究。未出版之碩士論文。國立成功大學,台南市。
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    [12] 經濟部能源局,用戶用電裝置規則,第十二節「匯流排槽配線」,2021。

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