博碩士論文 105322001 詳細資訊




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姓名 高墀修(Sish-Siou Gao)  查詢紙本館藏   畢業系所 土木工程學系
論文名稱 高樓層鋼結構耐震性能評估與補強方法
(High-rising Steel Structure Seismic Evaluation and Retrofit)
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摘要(中) 在台灣,鋼結構建築以發展將近四十年,因規範的修訂與期間受地震影響導致建築材料強度與接合性能的衰減,既有鋼結構建築有耐震性能不足之疑慮。此外,高樓建築因有較高模態反應參與,不能僅使用非彈性靜力分析(側推分析),需進行非彈性動力分析(歷時分析),檢視未預期到的較大變位反應。本研究將建立高樓鋼結構建築耐震性能評估與補強方法為主要目的,進而了解高樓建築反應以及常見補強方法之特性。
本研究將建立四組模型,分別為15層、20層、28層以及35層樓高鋼結構建築,皆以過去規範(內政部,1982,1994)進行設計,預期此四組模型皆需進行補強,再參考台灣與美國規範對於耐震性能評估流程與標準,建立一建議耐震能力評估方法,並對本研究設計案例與一實際案例進行評估。經評估過後,使用挫屈束制支撐以及非線性黏滯性阻尼器進行補強。再分別以側推及歷時分析,比較其強度及位移上的變化。
本研究結果顯示,在地震歷時選取與使用上,不應將兩水平分量地震歷時分開使用,因地震頻率與持續時間一致,而地震頻率是影響結構反應一大主因,故建議考慮其兩水平地震歷時關聯性。在15層樓的鋼結構建築的層間轉角上,使用非彈性側推與歷時分析反應相近,更高樓層鋼結構建築則有高模態效應,因此超過15層樓鋼結構建築應進入歷時分析。此外,在越高樓層建築使用挫屈束制支撐控制位移效率越低,而在較高樓層鋼結構建築使用非線性黏滯性阻尼器的效率較好,但設計非線性黏滯性阻尼器的變數多,不易掌控,建議須進入非彈性歷時分析檢討。每一棟建築補強都是個案,必須先了解建築需求以及各個補強策略的優缺點,才能有效地進行補強設計。
摘要(英) In Taiwan, steel structures have been under development for nearly forty years. Due to the revision of building codes and the attenuation of the materials strength and beam-culmn joint performance of building caused by the earthquake during the period, there are doubts about the lack of seismic performance of steel structures. In addition, high-rise buildings are involved in higher modal reactions, not only using inelastic static pushover analysis, but also inelastic dynamic time-history analysis to examine unexpected large displacement reactions. This study will establish a method for seismic evaluation and retrofit of high-rise steel structure building, and understand the characteristics of high-rise building responses and common retrofit methods.
This study will establish four models, 15th, 20th, 28th and 35th floor high-rise steel structures, all designed in the past specifications (1982,1994), it is expected that these four models need to be retrofit. Referring to the Taiwan and U.S.A. specifications for seismic performance evaluation procedures and standards, establish a recommended seismic capacity evaluation method, and evaluate the design case and a real case. After evaluation, retrofit was performed using buckling restrained braces and nonlinear viscous dampers. Then, the inelastic static pushover analysis and inelastic dynamic time-history analysis were used to compare the changes in intensity and displacement.
The results of this study show that the two horizontal component earthquake records should not be used separately. Because frequency and the duration of the earthquake records is the same, and the frequency is a major cause of structural response, it is recommended to consider the relation of two horizontal component earthquake records. In the story drift, of a 15-story steel structure, the use of inelastic static pushover analysis is similar to inelastic dynamic time-history analysis reaction, and the higher-rise steel structure has a high-modal effect, so more than 15 floors of steel structure should enter the inelastic dynamic time-history. In addition, the higher steel structure building, the lower efficiency of the control using the buckling restrained braces, and the higher efficiency of using the nonlinear viscous damper in the steel structure of the higher steel structure building. But the nonlinear viscous damper difficult to control, recommended to enter the inelastic dynamic time-history analysis. Each building evaluation and retrofit is a different case. It is necessary to understand the building requirements and the advantages and disadvantages of each retrofit strategy in order to effectively retrofit the design.
關鍵字(中) ★ 高樓層鋼結構
★ 耐震性能評估
★ 耐震補強方法
關鍵字(英)
論文目次 摘要 VI
ABSTRACT VII
誌謝 IX
目錄 X
表目錄 XIV
圖目錄 XVIII
符號說明 XXV
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與方法 2
1.3 論文架構 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 規範規定介紹 3
2.1.1 規範地震力 3
2.1.2 歷時分析規定 6
2.2 性能目標 8
2.3 容量震譜法 9
2.4 設計加速度反應譜相符法(Spectral Matching) 11
2.5 最大方向地震歷時 11
2.6 鋼結構塑鉸性能 12
2.7 補強策略 13
2.7.1 挫屈束制支撐 (Buckling-Restrained Brace) 14
2.7.2 黏滯性阻尼器(Fluid Viscous damper) 15
第三章 耐震能力評估與補強方法 18
3.1 詳細耐震能力評估程序 18
3.1.1 塑鉸定義 21
3.1.2 非彈性靜力側推分析 22
3.1.2.1 豎向分配 23
3.1.2.2 塑鉸定義不同側推分析比較 24
3.1.3 非彈性動力歷時分析 24
3.1.3.1 高模態效應 24
3.1.3.2 縮放法建議方法(Scaling) 26
3.1.3.3 縮放法與相符法比較 30
3.2 補強策略 31
3.2.1 挫屈束制支撐設計 31
3.2.2 黏滯阻尼器設計與最佳化 32
第四章 案例分析 35
4.1 參數設定 35
4.2 15層樓鋼結構建築物 36
4.2.1 15層樓鋼結構建築物基本資料 36
4.2.2 補強前耐震能力評估 36
4.2.3 補強後耐震能力評估 38
4.3 20層樓鋼結構建築物 40
4.3.1 20層樓鋼結構物建築基本資料 40
4.3.2 補強前耐震能力評估 40
4.3.3 補強後耐震能力評估 41
4.4 28層樓鋼結構建築物 43
4.4.1 28層樓鋼結構建築物基本資料 43
4.4.2 補強前耐震能力評估 43
4.4.3 補強後耐震能力評估 44
4.5 35層樓鋼結構建築物 45
4.5.1 35層樓鋼結構建築物基本資料 45
4.5.2 補強前耐震能力評估 46
4.5.3 補強後耐震能力評估 46
4.6 實際案例 48
4.6.1 實際案例基本資料 48
4.6.2 補強前耐震能力評估 48
4.6.3 補強後耐震能力評估 49
第五章 結果比較與討論 50
5.1 規範地震力比較 50
5.2 豎向分配比較 50
5.3 地震歷時選取比較 51
5.4 各案例分析結果比較 52
5.4.1 層間轉角比較 52
5.4.2 樓層位移比較 54
5.4.3 屋頂加速度比較 54
第六章 結論與建議 56
參考文獻 59
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指導教授 王勇智 審核日期 2018-8-20
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