博碩士論文 106322012 詳細資訊




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姓名 劉益彰(Yi-Chang Low)  查詢紙本館藏   畢業系所 土木工程學系
論文名稱 高層建築兩階段設計法
(High-rise Building Two-stage Design Method)
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摘要(中) 臺灣規範在建築設計是以「小震不壞,中震可修,大震不倒」為原則,但建築是以彈性設計及耐震設計建造並無分析結構在地震下的非線性行為,為了解建築完成設計後是否有足夠的能力抵抗地震力,故提出一套層建築結構物的兩階段設計方法,包括彈性設計與非線性變形檢核及性能確認分析,非線性分析包含非線性側推分析、非線性動力歷時分析。研究中彈性設計階段以國內現行建築物耐震設計為基礎,非線性設計階段將以非線性側推分析,確認高層建築結構在不考量高模態或不規則性等因素之彈性設計的韌性容量;在使用非線性動力歷時分析,可確認高層建築結構物在受震作用下實際的動態反應,獲得對應於不同地震等級之整體層間位移、總位移、構件局部塑鉸變形等需求。以確保所採用的建築結構系統容量或構件的非線性容量可提供其需求。
本研究將以此流程建立一棟30層樓鋼筋混凝土建築,以現今規範設計,在參考臺灣及美國規範訂定非線性分析階段的細節,其中包含非線性側推分析的檢核方法,以及非線性動力歷時分析的操作及檢核方法。
研究結果顯示,非線性側推分析在層間轉角上與非線性動力歷時分析的結果有所差距,所以對於高樓層建築必須進行非線性動力歷時分析才能確認建築受地震的反應,此外將提出非線性動力歷時分析的做法補足臺灣規範不完善之處,在選取地震加速度歷時的方面,建議從建築工址鄰近的測站取得資料,確保其具有工址的特性,而且地震加速度歷時應將南北向、東西向合成為最大方向地震加速度歷時,合成為最大方向的地震加速度歷時後才能進行調整,在調整方法方面方法分為兩種,分別為縮放法及相符法,縮放法建議以地震反應譜0.2T至1.5T範圍內的譜加速度值作為縮放依據,使至少3筆的地震反應譜0.2T至1.5T周期範圍內的譜加速度平均值不低於0.9倍的設計反應譜,研究中縮放法0.9倍與相符法1.1倍分析的結果相似,所以建議相符法調整倍數為1.1倍,最終將總結所有分析結果提出一套完整的高層建築兩階段設計法。
摘要(英) The Taiwan code is based on the principle that “No collapse in strong earthquake, reparable in normal one, and no damage in weak one.” However, the building is constructed with elastic design and aseismic design. It does not analyze the nonlinear behavior of the structure under earthquake. In order to understand whether the building has sufficient capacity to resist earthquake force after the design is completed, Therefore, a two-stage design method for building structures is proposed. Including elastic design and nonlinear deformation check, nonlinear analysis includes nonlinear pushover analysis and nonlinear dynamic time history analysis.
This study will establish a 30-story reinforced concrete building with this process, with the current design, the details of the nonlinear analysis phase are defined in reference to the Taiwan specification and the US specification, including the method of checking the nonlinear pushover analysis and the operation and checking method of the nonlinear dynamic time history analysis.
The results show that the nonlinear pushover analysis differs from the results of the nonlinear dynamic time history analysis. Therefore, for high-rise buildings, nonlinear dynamic time history analysis must be performed to confirm the building′s response to earthquakes. In addition, the method of nonlinear dynamic diachronic analysis will be proposed to complement the imperfections of Taiwan′s specification. In the aspect of selecting the seismic record, it is recommended to obtain information from the station adjacent to the construction site to ensure that it has the characteristics of the construction site. And the seismic record should be composed of the north-south direction and the east-west direction as the maximum direction seismic record, there are two methods to modified the seismic record, the Scaling method and the Spectral Matching method. The scaling method proposes to use the spectral acceleration value in the range of 0.2T to 1.5T of the seismic response spectrum as the basis for scaling, the average of the maximum-direction spectra for
iii
exceeds 90% of the target spectrum in the range of 0.2T to 1.5T In the study, the analysis result is similar to the matching method with the adjustment factor of 1.1 times and the scaling method with 0.9 times as the adjustment factor. Therefore, it is recommended that the adjustment factor of matching method shall use 1.1
Finally, we will summarize all the analysis results and propose a complete two-stage design method for high-rise buildings.
關鍵字(中) ★ 非線性動力歷時分析
★ 高層建築兩階段設計法
關鍵字(英) ★ Nonlinear dynamic time history analysis
★ High-rise Building Two-stage Design Method
論文目次 摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 IV
目錄 V
表目錄 VIII
圖目錄 IX
符號說明 XII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 1
1.3 研究方法 2
1.4 論文架構 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 設計地震力規定 3
2.1.1 臺灣規範 3
2.1.2 美國規範 5
2.1.3 地震力靜力分析 6
2.2 動力歷時分析之地震加速度歷時規定 7
2.2.1 地震加速度歷時特性與選取 7
2.2.2 相符法(Spectral Matching) 7
2.2.3 縮放法建議方法 8
2.2.4 臺灣規範 8
2.2.5 美國規範 9
2.3 塑鉸性能 10
2.4 EI值折減 11
2.5 性能目標 11
2.5.1 彈性設計階段之性能目標 11
2.5.2 非線性檢核階段之性能目標 11
2.6 容量震譜法 12
2.7 國內現行建築結構實務常用之彈性 分析與設計 14
2.7.1 彈性設計 14
2.7.2 耐震設計 15
2.8 高模態效應 15
2.9 遲滯模型 15
第三章 兩階段結構分析與設計 16
3.1 高層建築結構兩階段設計建議流程 16
3.1.1 彈性設計階段 16
3.1.2 非線性側推分析 16
3.1.3 非線性動力歷時分析 17
第四章 結構模型規劃 18
4.1 模型參數 18
4.2 彈性設計與檢核 19
4.3 二次非線性分析 19
4.3.1 非線性側推分析 20
4.3.2 非線性動力歷時分析 21
4.3.2.1 地震加速度歷時選取 21
4.3.2.2 地震加速度歷時縮放調整 21
4.3.2.3 地震加速度歷時相符調整 23
第五章 結果與討論 24
5.1 彈性設計階段 24
5.2 非線性側推分析 24
5.3 非線性動力歷時分析 25
5.3.1 最大地表加速度一致縮 放與最小平方法縮放比較 25
5.3.2 縮放法與相符法筆數差異 26
5.3.3 縮放法調整區段差異 27
5.3.4 0.9倍相符法與 1.1倍 相符法探討 28
5.3.5 層間轉角檢核 28
第六章 結論與建議 30
參考文獻 31
附錄A 78
A.1 最大方向加速度地震加速度歷時合成步驟 78
A.2 最小平方法縮放操作範例 80
A.3 最大地表加速度一致縮放操作範例 82
附錄B 地震加速度歷時資料 84
B.1 5筆最小平方法縮放調整區段0.2T至1.5T 84
B.1 3筆最小平方法縮放調整區段0.2T至1.5T 86
B.2 5筆最大地表加速度一致縮放 87
B.4 3筆最大地表加速度一致縮放 89
B.5 5筆最小平方法縮放調整區段0至1.5T 90
B.6 5筆最小平方法縮放至1倍設計反應譜 92
B.7 0.9倍相符法 94
B.8 1.1倍相符法 100
B.9 相符法貼近至 1倍設計反應譜 106
附錄C 層間轉角 108
C.1 5筆最小平方法縮放層間轉角與包絡線(調整周期0.2T至1.5T) 108
C.2 3筆最小平方法縮放層間轉角與包絡線(調整周期0.2T至1.5T) 109
C.3 5筆最大地表加速度一致縮放層間轉角與包絡線 110
C.4 3筆最大地表加速度一致縮放層間轉角與包絡線 112
C.5 5筆最小平方法縮放層間轉角與包絡線 (調整區段 0置 1.5T) 113
C.6 5筆最小平方法縮放至 1倍設計反應譜層間轉角與包絡線 114
C.7 17筆 0.9倍相符法層間轉角與包絡線 116
C.8 17筆 1.1倍相符法層間轉角與包絡線 119
C.9 5筆相符法調整 至一倍設計反應譜 123
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32
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指導教授 王勇智(Yung-Chih Wang) 審核日期 2019-8-19
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