博碩士論文 89332015 詳細資訊


姓名 何元愷(Ho-Yuan Kai)  查詢紙本館藏   畢業系所 土木工程學系在職專班
論文名稱 九二一震害建物結構修繕補強分析-以公有建築物為例
(structure damage analysis after post-921 quake-as public building for example)
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摘要(中) 摘要
台灣地區於民國八十八年九月二十一日凌晨1時47分,震源南投縣集集鎮附近發生芮氏規模7.3級的強烈地震。根據交通部中央氣象局所公佈至88年10月11日止之災情統計顯示,全省共有26835棟(40845戶)房屋全倒,24495棟(41393戶)半倒。
921地震之起因為大茅埔─雙冬斷層受推擠,帶動西側平行之車籠埔斷層,二條斷層共同作用造成台灣百年來最大的地震。本論文所探討之公有建築物亦在本次地震中受損,故需進行結構修復補強。
目前國內並沒有結構補強設計規範,雖然內政部建築研究所出版「鋼筋混凝土建築物之修復與補強技術彙編」,營建署出版「921地震後受損鋼筋混凝土建築物緊急修復補強技術手冊」但皆只針對「構材補強」未論及「結構整體安全」,而且皆只是原則性的圖說,並未考慮個別桿件之力學特性。
茲因全程參與九二一震災中某一公共建築物震災損壞修繕補強工程,從鑑定、設計、以至於施工、監造,因而本論文翔實紀錄且完善整理得既有鋼筋混凝土建築物之修復補強設計,本論文之特色如下:
1.提供各種構材損壞修材之類型、修復設計及施工步驟
2.建構嚴謹且有效的結構補強設計流程
— 耐震能力評估程式確保整棟建築物之耐震能力
— 使用ETABS確保各根桿件之強度
補強前與補強後皆需進行ETABS結構分析與耐震能力評估
3.比較鋼鈑補強、碳纖維補強與玻璃纖維補強三種工法之優缺點
— 結構補強時需考慮施工性、價格、工期等因素,才可得到最佳方案。
本論文經過嚴謹之探討後,提供損壞修復設計與工法,結構補強設計流程與三種較常見補強工法之比較,期望本論文能提供國內工程界實質的幫助。
摘要(英) Abstract
An earth-shattering earthquake, measuring 7.3 on the Richter scale, with its epicenter located near Nantou County’s Chi-Chi Township in central Taiwan, erupted at 1:47am on September 21th, 1999. Disaster statistics compiled by the Ministry of Transportation and Communications’ Central Weather Bureau up to October 11th, 1999 put housings that were totally wiped out at 26,835 buildings, or a total of 40,845 households, and that of semi-collapsed at 24,495 buildings, or a total of 41,393 households, which were affected by the violent jolts.
The September 21st quake, the worst earthquake ever recorded in Taiwan in the past one hundred years, had arisen from the movements of two tectonic plates – the raising of the Damaoupu-Shuangtung fault, which in turn triggered the movement of the Cherlungpu fault paralleled to its west. In light of this, the thesis aims to examine certain damages to public buildings arisen from this quake that require structural repair and reinforcement.
For the lack of a comprehensive guideline regulating the design of structural reinforcement in Taiwan, what has been specified in the “Concise Technical Guide on Concrete-reinforced Building Repair and Reinforcement” published by the Ministry of Interiors’ Building Research Institute, and that in the “Technical Manual for Post-Sept. 21 Quake Steel-Concrete Building Emergency Repair and Reinforcement” published by the Bureau of Reconstruction, has been focused largely on structural material reinforcement alone, but little is made to address hte “Overall structural safety,” let alone the general illustrations have also fallen short of describing the characteristics of dynamics on each individual brace.
Having participated in the post-quake repair, restoration and reinforcement work of a public building that fell victim to the September 21 quake, ranging from the assessment, design, to the implementation and supervision, the thesis not only truthfully chronicles but categorically sorts the design for repairing and reinforcing the existing steel-concrete buildings, and is noted for the following practicalities,
1.To address a variety of structural damage repairing materials by type, restoring design and implementation procedure;
2.To establish a stringent and effective design procedure for structural reinforcement;
hA shockproof endurance assessment model that helps to ensure the shockproof of an entire building.
hThe adaptation of the ETABS theory to ensure a proper strength reserved for each of the braces.
hAn ETABS structural analysis and shockproof endurance assessment are to follow before and after each reinforcement work.
3.To compare the pros and cons of the three implementation methods, namely via the steel-plate reinforcement, the carbon-fiber reinforced plastics (CFRP), or the glass-fiber reinforced plastics (GFRP),
hAn optimal solution in structural reinforcement needs to take into account related factors such as its workability, pricing and construction period.
The thesis, upon scrutinizing examination, aims to offer design and implementation methods for repair and restoration work, design processes for structural reinforcement, and a comparison on three most commonly seen reinforcement approaches, presented in an effort to bring forth certain factual contribution towards the local construction engineering sector.
關鍵字(中) ★ 九二一震害建物結構 關鍵字(英) ★ structure damage analysis after post-921 quake
論文目次 目 錄
中文摘要………………………………………………………………………i
英文摘要………………………………………………………… …………iii
誌 謝………………………………………………………………………v
目錄……………………………………………………………………………vi
圖 目 錄……………………………………………………………………xii
表 目 錄…………………………………………………………………....xv
符號說明……………………………………………………..…………xviii
第一章緒論…………………………………………………………….…….1
1.1研究動機………………………………………………………………....1
1.2研究目的………………………………………………………..………..1
1.3研究範疇…………………………………………………..……………..2
1.4研究流程…………………………………………………..……………..2
第二章 回溯相關研究文獻….…………………………………..………….4
2.1耐震能力評估………….…………………………………..………….4
2.2修復補強……………………………………………………………...5
2.3近斷層譜加速度需求與設計反應譜之作法….………..………….7
2.3.1 美國統一建築規範UBC97之因應對策………………………..7
2.3.2 近斷層因子與近斷層正規化加速度設計反應譜……………….13
2.3.3 近斷層正規化設計基底剪力係數……………………………….21
2.3.4 垂直斷層與平行斷層效應……………………………………….24
2.3.5 近斷層最大地表速度………………………………………….33
第三章 斷層之工程性質………………………………………………..….36
3.1斷層概述………………………………………………………………36
3.1.1 活動斷層之定義與分類……….………………………………36
3.1.2 活動斷層表示法與資料概述…………………………………37
3.1.3 活動斷層之工址調查………………………….…………..…38
3.1.4 活動斷層與地震之關係…………………………….………39
3.1.5 斷層之工程影響…………………………………………….…41
3.2近斷層設計地震力…..…………………………………………….…41
3.2.1 UBC的靜力分析法…………………………………………...…42
3.2.2 UBC的簡化靜力分析法…………………………………...………44
3.2.3 UBC的動力分析法……………………………………………...…44
3.2.4 UBC的地震力載重組合……………………………………...……45
3.2.5 UBC97有關近斷層地震力之規定……………………………...…45
3.2.6 UBC97斷層之分類……………………………………………...…47
3.3台灣近斷層正規化設計反應譜之修正建議………………………...47
3.3.1 近斷層正規化設計反應譜…………………………………….48
3.3.2 近斷層因子..…..………………………………………….………49
3.4小結........….….………………………………………………….…51
第四章 耐震能力評估方法….………………………………………………52
4.1建築物耐震設計規範沿革….………………………………………..…52
4.1.1 民國63年以前之建築技術規則規定……………………………53
4.1.2 民國63年之建築技術規則規定…………………………………53
4.1.3 民國71年之建築技術規則規定…………………………………54
4.1.4 民國78年之建築技術規則規定…………………………………54
4.1.5 民國86年建築物設計規範及解說………………………………55
4.2影響耐震能力之因素….……………………………………………..…55
4.3鋼筋混凝土建築物耐震能力詳細評估…………………………..…….59
4.3.1 詳細評估法之目的………………………………….……………60
4.3.2 詳細評估法之架構………………………….……………………60
4.3.3 建築物彈性地震分析…………………………………….………62
4.3.4 梁、柱斷面降伏時之彎矩強度……………………….…………62
4.3.5 梁柱斷面之剪力強度…………………………………….………64
4.3.6 構件之韌性容量……………………………………….…………65
4.3.7 梁柱破壞模式與韌性比……………………………….…………67
4.3.8 節點破壞模式………..…………………………………...………68
4.3.9 含磚牆構架建築物之耐震能力評估………………………….…70
4.3.10 含剪力牆構架建築物之耐震能力評估…………………..…….75
4.3.11 各半層之降伏地表加速度……………………………………...77
4.3.12 結構系統地震力折減係數………………………………..…….78
4.3.13 各半層之耐震能力……………………………………………...79
4.4耐震安全評估標準…………………………………………………..….80
4.4.1 建築技術規則之規定…………………………………………….80
4.4.2 營建署之標準…………………………………………………….81
4.5補強或拆除重建標準……………………….…………………….…….81
4.5.1 建築技術規則之規定………………….………………………....82
4.5.2 營建署之標準………………….………………………….……...83
第五章 修復與補強設計………………….….………………………....84
5.1前言………………….………………………………………..……...84
5.2修復與補強工程材料介紹..…………………………………………….87
5.2.1 填補用修復材料..…………………………………...……………88
5.2.2 黏結用材料..……………………………………….…………....89
5.2.3 主要受力用材料…………..…………………………….……....89
5.3構材修復工法介紹…………………………………………….……....90
5.3.1 混凝土損壞修復工法……………………………………........90
5.3.2 阻止鋼筋銹蝕工法………………………………………........91
5.3.3 構材補強工法……………………………………………...……..92
5.3.4 結構系統補強工法…………………………………...…………..99
5.4鋼鈑補強設計……………………………………….…………………104
5.4.1 各國SRC規範……………………………….………..…………104
5.4.2 柱鋼鈑補強設計…….……………………….….………………106
5.4.3 剪力補強設計……………………………….….…………….…111
5.4.4 加設剪力牆補強設計……………………….….……….………116
5.5修復與補強工程成本概估……………………….….…………………117
第六章個案分析…………………………………………...…………………122
6.1個案分析設計流程………………………….……..……………….…122
6.2結構物基本設計資料122
6.2.1 結構系統……………………….……..…………………...……126
6.2.2 地盤種類……………………….……...……………..…………126
6.2.3 材料性質……………………….……...……………..…………126
6.3建築技術規則之設計地震力及耐震安全標準…………………….…126
6.3.1 各年度建築技術規則之設計地震力………………………...…127
6.3.2 各年度建物建技規則之崩塌地表加速度…………………...…128
6.3.3 營建署之耐震評估標準……………………………………...…128
6.4近斷層設計地震力之計算……………………………….……….....…129
6.4.1 近斷層正規化設計反應譜係數……………………………...…130
6.4.2 近斷層地震力計算…………………………………………...…132
6.4.3 現行規範之最小水平地震總橫力…………………………...…132
6.4.4 耐震能力詳細評估標準建議………………………………...…134
6.5耐震能力詳細評估…………………………………….…………...…135
6.5.1 評估步驟………………………………………………...…...…135
6.5.2 結構分析模擬原則………………………….…….………...…136
6.5.3 樓層載重與結構分析模式………………….….……..…...…136
6.5.4 基本振動週期………………………….…….………….....…138
6.5.5 載重條件與豎向分配成果…………….……..……………...…139
6.5.6 耐震能力詳細評估成果……………….……..……………...…139
6.6 構件強度檢核分析……………….……..………………….…...…141
6.6.2 靜態水平地震力及豎向分配.…….……………………...…141
6.6.3 意外扭矩……………….……...……………………………..…143
6.6.4 垂直地震力…………….……...……………………………..…143
6.6.5 載重組合…………….……...………………………………..…144
6.6.6 梁柱構材檢核基準….……...………………………….…….…145
6.6.7 梁柱構材配筋量檢核……...……………….………………..…146
6.6.8 小結……………….……...…………………………………...…155
6.7結構補強規劃與設計….…….……………….………………....… 156
6.7.1 結構補強設計原則……..……………….………………...…156
6.7.2 結構補強設計流程……..……………….………………...…156
6.7.3 結構補強方案規劃…….………………….………………...…158
6.7.4 結構補強設計…….………………….…………...……………159
6.7.5 補強後耐震能力詳細評估.………….………………...…… 159
6.8小結……………….……………………………………………....… 161
第七章 結論與建議…….…….……………………………………...… 162
7.1結論….……..………………………………………………...… 162
7.2建議….…………………………………………………………...… 164
參考文獻….…………… ……………………………………...………166
參考文獻 參考文獻
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指導教授 林志棟(Jyh-Dong Lin) 審核日期 2002-5-29
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