現有鋼筋混凝土建築物之耐震能力評估
―以紐西蘭評估方法為基礎

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土木工程學系在職專班

論文名稱

現有鋼筋混凝土建築物之耐震能力評估 ―以紐西蘭評估方法為基礎
(The Assessment of Seismic Capacity for Existing RC Buildings―Based on the New Zealand Document )

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摘要(中)

本論文主要在提供工程師一個便捷又觀念清楚之評估方法，不須經過特殊的電腦程式，利用常見、通用的辦公室軟體，建立一套表格化的評估模式，探討既有鋼筋混凝土建築物之耐震能力。
以本文使用之力法（國內評估法及紐西蘭力法）與位移法（紐西蘭位法）之評估方式而論，均以構架或桿件之位移韌性為基礎，建立各自判斷耐震能力之依據，就實用性而言，力法較為簡便，發展之理論也較為成熟，適用於一般使用對象；若是對於價值性及精密性要求較高者，應以位法較為適用。
利用國內評估法作補強時，不可只以最後之耐震能力值作為評估，更應注意勿使韌性比過低而產生脆性破壞。至於位移法所採用的位移設計反應譜，應建立更多數據資料，以為精確之使用。

摘要(英)

This study was aimed at providing a sample and clear procedure for seismic assessment. Neglecting specially analytical computer programs to discuss the seismic capacity of the existing reinforcement concrete buildings.
For the methods of force (internal and New Zealand) and displacement (New Zealand), both base on the ductility of the structural members to judge for the seismic resistance of buildings. Practically, the theory of the force-based method is more convenient and mature than displacement-based method. However, the displacement-based method can offer a more precise result, which is often used recently.
When using the Taiwan document to strengthen or retrofit, engineers need care not only the factor of the seismic capacity, but also that too lower ductility ratio will produce the brittle failure. As for the elastic displacement spectrum, more data to proof the application to displacement-based method is needed.

關鍵字(中)

★ 位移韌性
★ 位移法
★ 力法
★ 紐西蘭評估法

關鍵字(英)

★ displacement ductility
★ displacement-based method
★ force-based method
★ New Zealand document

論文目次

目錄
目錄 ……………………………………………………………………Ⅰ
表索引 …………………………………………………………………Ⅴ
圖索引 …………………………………………………………………Ⅷ
符號說明 ………………………………………………………………Ⅹ
第一章緒論
1.1研究動機 …………………………………………………………….1
1.2研究目的 …………………………………………………………….2
1.3研究內容 …………………………………………………………….3
第二章文獻回顧
2.1前言…………………………………………………………………...5
2.2美國ATC-40評估法概述……………………………………………6
2.3國內評估法概述……………………………………………………...7
2.4紐西蘭評估法概述……………………………………………….…10
第三章國內與紐西蘭評估法理論基礎
3.1前言………………………………………………………………….13
3.2「鋼筋混凝土建築物耐震能力評估法及推廣」概述……….………13
3.2.1評估方法之概念…………………………...…………………13
3.2.2評估方法之架構………………………………………...……14
3.2.3建築物地震力分析……………………………..……...……15
3.2.4構材破壞模式與韌性比之分析震力分析……..……...……17
3.2.4.1梁、柱斷面降伏之彎矩強度………………..…...……17
3.2.4.2梁、柱斷面之剪力強度……………………..…...……18
3.2.4.3韌性容量之修正……………………………..…...……19
3.2.4.4決定單根柱、梁破壞模式與韌性比……………...……21
3.2.4.5節點強度比較、柱承擔剪力與韌性比…………...……22
3.2.4.6各半層之降伏地表加速度………….…………….……24
3.2.4.7結構系統地震力折減係數………….…………….……25
3.2.4.8各半層耐震能力Ac…………..…….…………….……26
3.2.4.9結構體現有缺陷之評估…………..………...…….……26
3.2.4.10耐震能力不足之標準……………………...…….……27
3.2.5 TS-RC1評估程式簡介……..….……………………....……28
3.2.5.1 TS-RC1評估程式概述……………..………..…...……28
3.2.5.2 TS-RC1評估流程…………………..………..…...……28
3.3紐西蘭容量設計評估方法概述………………….…………………30
3.3.1建築物分類與風險係數R、結構功能係數Sp及資料可靠度係數κ……………………………………………………..…30
3.3.2紐西蘭力法概述…………………………………………..…31
3.3.2.1各桿件及接頭之可能強度……………..……….…...…31
3.3.2.2決定構架之後彈性機制及可能耐震側向能力……..…35
3.3.2.3決定基本耐震危害係數Ch…………………….…....…38
3.3.2.4決定基本振動週期T及位移韌性需求μd……..…..…39
3.3.2.5評估塑鉸區之可利用位移韌性…………………......…40
3.3.2.6韌性需求在梁、柱、接頭之影響………………......…42
3.3.2.7韌性需求在梁、柱、接頭之影響………………......…42
3.3.3紐西蘭位法概述………………………………………...……43
3.3.3.1建築物各種能力之建立及後彈性機制之決定..………43
3.3.3.2由彎矩曲率分析計算桿件塑性旋轉能力及決定結構位移及韌性能力……………………………………...….43
3.3.3.3替換結構特徵..…………………………………………45
3.3.3.4求取結構位移需求..……………………………………46
3.3.3.5比較結構位移能力與需求..……………………………46
3.3.4以我國規範調整紐西蘭評估法…………………..…………46
3.3.4.1風險係數、結構功能係數、資料可信賴度係數…..…46
3.3.4.2剪力能力相關係數、軸力折減係數………………..…46
3.3.4.3耐震設計規定………………………………………..…47
3.3.4.4其他項目……………………………………………..…48
第四章耐震能力評估案例分析論
4.1前言…………………………………………………….…………....49
4.2實例一：台北縣某住家民宅……………………….…………..…..49
4.2.1台北縣某住家民宅簡介……………………………….………49
4.2.2以國內評估方法進行耐震評估…………………...…….……50
4.2.3以紐西蘭力法進行耐震評估……………………...………..…51
4.2.4以紐西蘭位法進行耐震評估……………………...…………..55
4.2.5耐震評估結果比較……………………………….……………57
4.3實例二：雙層兩跨試驗構架…………………………………….…58
4.3.1雙層兩跨試驗構架簡介……………………………….………58
4.3.2對雙層兩跨試驗構架進行評估………………………….……59
4.4評估過程之修正…………………………………………….………62
第五章結論與建議
5.1結論…………………………………………………………….……64
5.2建議………………………………………….………………………65
參考文獻 …………………………………….…………………………67
表 …………………………………………………………….…………71
圖 …………………………………………………………….…………81
附錄A 台北某住家民宅以國內評估法所得之節點詳細資料及桿件配筋圖………………………………………………………….A.1
附錄B台北某住家民宅以紐西蘭評估法所得之桿件可能強度資料表…………………………………………………………….B.1
附錄C雙層兩跨構架以紐西蘭評估法所得之桿件可能強度資料表…………………………………………………………….C.1
表索引
表3.1風險係數R（Risk Factor）……………………………….……71
表3.2風險係數來源及修正……………………………………………71
表3.3結構功能係數Sp（Structural Performance Factor）……………71
表3.4第IV類結構物其R Sp之比較…………………………….……72
表3.5資料可信賴度係數κ…………………………...………….……72
表3.6軸力折減係數RV…………………………...…………..….……73
表4.1各層重量及活載重分布表………………………………………74
表4.2地震力豎向分配表……...……………………………………….74
表4.3建築物X向各半層強度及韌性…………………………………75
表4.4建築物Y向各半層強度及韌性…………………………………75
表4.5建築物抗側力能力………………………………………………76
表4.6試驗構架抗側力能力表…………………………………………77
表4.7建築物X向構架接頭破壞判斷表………………………………77
表4.8建築物Y向構架接頭破壞判斷表………………………………79
表4.9試驗構架接頭破壞判斷表………………………………………80
表A.1X向R1F節點資料…………………………………………..…A1
表A.2X向5F節點資料…………………………………………..…A1
表A.3X向4F節點資料…………………………………………..…A2
表A.4X向3F節點資料…………………………………………..…A3
表A.5X向2F節點資料…………………………………………..…A4
表A.6X向1F節點資料…………………………………………..…A4
表A.7Y向R1F節點資料…………………………………………..…A5
表A.8Y向5F節點資料…………………………………………..…A5
表A.9Y向4F節點資料…………………………………………..…A6
表A.10Y向3F節點資料…………………………………………..…A7
表A.11Y向2F節點資料…………………………………………..…A8
表A.12Y向1F節點資料…………………………………………..…A8
表B.1建築物梁可能彎曲強度表……….………………………..…B1
表B.2建築物梁可能剪力強度表………….……………………..…B1
表B.3建築物X向柱可能彎矩強度表……………………….…..…B3
表B.4建築物Y向柱可能彎矩強度表……………………….…..…B6
表B.5建築物X向柱可能剪力強度表……………………….…..…B9
表B.6建築物Y向柱可能彎矩強度表……………………….….…B12
表B.7建築物X向梁柱接頭可能剪力強度表………………………B15
表B.8建築物Y向梁柱接頭可能剪力強度表………………………B18
表B.9建築物X向梁修正後可能彎矩強度表………………………B21
表B.10建築物Y向柱修正後可能彎矩強度表………………….…B22
表B.11建築物梁曲率能力及曲率韌性表……………………….…B24
表B.12建築物X向降伏位移表………………………………….…B25
表B.13建築物Y向降伏位移表………………………………….…B26
表C.1實驗構架梁可能彎曲強度表……….…………………………C1
表C.2實驗構架梁可能剪力強度表………….………………………C1
表C.3實驗構架柱可能彎矩強度表……………………….……..…C2
表C.4實驗構架柱可能剪力強度表……………………….……..…C3
表C.5實驗構架接頭可能剪力強度表……………………….………C4
表C.6實驗構架梁修正後可能彎矩強度表……………………….…C5
表C.7實驗構架柱修正後可能彎矩強度表……………………….…C5
表C.8實驗構架梁塑性曲率表…………………………………...…C6
表C.9實驗構架降伏位移表……………………………………...…C6
圖索引
圖1 論文研究流程……………………………………………………81
圖2.1傳統反應譜與ADRS格式反應譜之轉換………………………82
圖2.2功能績效點示意圖………………………………………………82
圖2.3新建物設計與既有建物評估程序之關係………………………83
圖3.188年版詳細評估法之架構圖……………………………………84
圖3.2軸力彎矩互制影響圖……………………………………………85
圖3.3剪力破壞時構材承擔之剪力與韌性……………………………85
圖3.4未達韌性容量之剪力破壞時構材承擔之剪力與韌性…………86
圖3.5未達韌性容量時構材承擔之剪力與韌性………………………86
圖3.6 TS-RC1評估程式流程圖……………………………..…………87
圖3.7紐西蘭力法評估流程……………………………………………88
圖3.8抗彎構架後彈性變形之可能機制………………………………89
圖3.9抗彎構架側向力與位移關係圖…………………………………89
圖3.10梁、柱剪力強度與曲率韌性關係圖…………………..………90
圖3.11接頭剪力強度與曲率韌性關係圖……..………………………90
圖3.12紐西蘭位法評估流程………………………..…………………91
圖3.13有效勁度與彈性勁度……………………………..……………92
圖3.14 NZS 4203：1992位移反應譜…………………………………92
圖3.15第一類地盤彈性位移設計反應譜..……………………………93
圖3.16第二類地盤彈性位移設計反應譜..……………………………94
圖3.17第三類地盤彈性位移設計反應譜…..…………………………95
圖3.18台北盆地地區彈性位移設計反應譜…………………..………96
圖4.1台北縣某柱家民宅一、二樓結構平面圖………………………97
圖4.2台北縣某柱家民宅三~頂樓結構平面圖..………………………98
圖4.3 建築物X向彎矩能力圖…..……………………………………99
圖4.4建築物Y向彎矩能力圖……………………………………..…101
圖4.5建築物X向彎矩能力圖…………………………….……….…103
圖4.6建築物Y向彎矩能力圖………………………………………..105
圖4.7 NF試體尺寸及配筋圖…………………………………………107
圖4.8 NF試體原始載重位移曲線……………………………………108
圖4.9試驗構架彎矩能力圖………………………………..…………108
圖4.10試驗構架曲率韌性分佈圖……………………………………109
圖4.11梁柱接頭應力圖………………………………………………109
圖4.12 NF試體載重位移關係圖………………………………..……110
圖4.13紐西蘭力法修正後抗彎構架評估流程…………………….…111
圖A.1建築物各樓梁配筋圖…………..………………………………A9
圖A.2建築物各樓柱配筋圖…………..…………………………..…A14

參考文獻

參考文獻
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指導教授

王勇智(Yung-Chih Wang)

審核日期

2004-7-15

推文