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研究生: 黃庭鈺
Huang, Ting-Yu
論文名稱: RC建築結構斷面尺寸快速概估程式之研究
A Program for Quick Estimation of Structural Section Dimensions in RC Buildings
指導教授: 杜怡萱
Tu, Yi-Hsuan
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: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 192
中文關鍵詞: 結構設計構件尺寸RC剛構架設計輔助
外文關鍵詞: Structural Design, Member Size, Reinforced Concrete, Design Aid
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  • 現今的建築結構設計過程,通常先由建築設計者概想大致結構配置及斷面,再交由結構專業人員進行詳細分析及設計,由於雙方所受訓練不同,溝通不易,加上一般專業結構分析軟體,設定複雜,檢核耗時,因此整合設計與結構分析的軟體為一新興趨勢。本研究即依據此趨勢,以建築系學生為使用對象,以開發一套針對RC剛構架的斷面概估程式QSSEP(Quick Structural Section Estimate Program)為目的。本研究首先製作「結構認識程度問卷」調查建築系學生對各種結構概念的認識程度及常遇到的結構困難,分析建築系學生的使用需求以作為程式設計的依據,調查結果顯示建築系學生的結構困難主要為結構配置,斷面尺寸概估在大四、大五有較高需求,大二學生的結構認識程度低於全體。斷面尺寸概估規則的訂定參考文獻及專家意見得到基本公式,再以李雅琪碩論中以不同樓層數、震區、混凝土抗壓強度、平面形狀、跨距變化、額外靜載重、活載重等變因設計之案例結構斷面尺寸進行迴歸分析,以納入各種變因對結構斷面尺寸的影響,最後完成RC柱、大梁、小梁的斷面概估規則。程式介面則依據問卷調查結果及斷面尺寸概估所需參數設計,提供圖形化介面、自動計算參數、錯誤提示等功能。本研究設定混凝土抗壓強度、震區、底層挑高、變跨距四種變因,將QSSEP概估斷面與ETABS設計斷面進行比較,驗證斷面尺寸概估規則的合理性,在震區、混凝土抗壓強度、底層挑高變因變化的情況下,誤差介於0%~67%之間,且均偏保守;在跨距變化劇烈時,因小跨距處剛度較大會分配到較大應力,令設計斷面大於概估斷面造成不保守之情況,本文以考量跨距變化率修正此現象,修正後誤差介於0%~100%之間,QSSEP概估的斷面可獲得較ETABS設計斷面大而保守的結果。

    This thesis developed a program, the Quick Structural Section Estimation Program (QSSEP), in order to estimate the section dimensions of RC rigid frame buildings at the beginning of design. Department of Architecture students are set as the main user, and a questionnaire investigation is conducted to study their user needs.
    The basic formula of estimating section dimensions is derived from structural professional advisors and literatures. Then, it is perfected by running regression analysis to explore the relationships between section dimensions and material, stories, building configuration, and so on, which referred to the structural model designed in Li Ya-Chi’s thesis. The graphic user interface is adopted and designed according to the user needs results and the needs of the analysis core.
    The results of QSSEP are compared with professional structural analysis software ETABS to verify the applicability of the program; the four design factor are fc’, seismic area, high-ceiling ground floor, and various span. Finally, the rules of estimating section dimensions of column, beam, and small beam are completed. Findings show that all the sections estimated by QSSEP can be more conservative compare to those designed by ETABS.

    第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究方法流程 1 1.3 文獻回顧 3 1.3.1 專業結構分析軟體 3 1.3.2 結構輔助設計軟體 4 1.4 章節概述 8 第二章 使用者需求分析 9 2.1 問卷設計果 14 2.2.1 基本資料 14 2.2.2 結構認識程度 16 2.2.3 結構困難 28 2.3 小結 31 第三章 程式介紹 35 3.1 程式核心 35 3.1.1 文獻及專家經驗 36 3.1.2 李雅琪碩論案例 37 3.1.3 柱斷面尺寸概估公式 42 3.1.4 大梁斷面尺寸概估公式 51 3.1.5 小梁 60 3.1.6 單位面積結構自重假設方式 61 3.1.7 其他規則 64 3.2 程式介面 69 3.2.1 主畫面 69 3.2.2 輸入選單 71 3.3 小結 79 第四章 程式驗證 81 4.1 正確性驗證 81 4.1.1 簡單案例 81 4.1.2 梁上柱案例 83 4.1.3 錯層案例 87 4.2 變因驗證 90 4.2.1 案例設定 90 4.2.2 ETABS結構模型設定 92 4.2.3 原型案例驗證結果 94 4.2.4 震區變化案例驗證結果 97 4.2.5 混凝土抗壓強度變化案例驗證結果 102 4.2.6 底層挑高變化案例驗證結果 107 4.2.7 變跨距變因驗證結果 112 4.2.8 含小梁案例驗證結果 119 4.3 變跨距修正 120 4.3.1 跨距比定義 120 4.3.2 案例設定 121 4.3.3 計算結果及程式修正. 122 4.3.4 SPA案例修正後驗證 124 4.4 小結 131 第五章 結論與建議 133 5.1 結論 133 5.2 建議 134 5.3 適用範圍 135 參考文獻 136 附錄A 結構認識程度問卷 137 附錄B 案例Cc值計算 151 附錄C 案例CB值計算 167 附錄D 驗證案例ETABS設計斷面資訊 175 附錄E 跨距比案例ETABS設計斷面資訊 186

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