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系統識別號 U0002-2107201011003500
中文論文名稱 不同長跨徑屋頂結構型式之受風分析
英文論文名稱 Dynamic characteristics of different types long span roof structures on wind analysis.
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 許元兒
研究生英文姓名 Yuan-Er Sxu
學號 696380087
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-07-05
論文頁數 80頁
口試委員 指導教授-林堉溢
委員-陳振華
委員-林堉溢
委員-鄭啟明
中文關鍵字 大跨徑屋頂結構  球殼屋頂  風力特性分析 
英文關鍵字 Long span roof structure  shell roof  wind analysis 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 現在建築物以跨徑大的為國家著名城市的象徵性建築物,所以球殼屋頂結構物的造型也越來越常出現,而且其特性也較輕較軟,因此在受風力時會有更明顯的受力特性存在,所以研究此類屋頂的風載重越顯重要。

本文主要探討是為球殼屋頂,大致上分為跨徑依序有50公尺、100公尺、150公尺和200公尺,高度也依比例劃分從0.1到0.5共為20種模型。結構分析程式運算可發現,跨徑在50公尺與200公尺、高度比在0.1與0.2有顯著的差異。本文先從結構模態分析,自重分析到結構物受風分析做比較,再從中選取一些較有問題的桿件做探討。

由本文分析結果得知,當結構物的跨徑越小例如50公尺,和跨徑越大例如200公尺所受風後的軸力分析會與俗稱大跨徑結構物有所分別。可以由此驗證,與文獻所區分的大跨徑結構物不同。

因為風壓數據過少,在研究過程中分析結果會有些許與文獻的差異,所以需要再更進一步的研究與探討。
英文摘要 Now in order to span a large building known as the national symbol of urban buildings, the spherical shape of the roof structure appears more and more often, and its properties are less soft, so there will be more affected by wind there is obvious stress characteristics, the study of such roof wind load becomes more important.

This paper discusses the roof for the shell, generally divided into the span of order of 50 meters, 100 meters, 150 meters and 200 meters, height divided by the ratio from 0.1 to 0.5 for 20 models. Structural analysis program operation can be found that span of 50 meters and 200 meters in height than in the 0.1 and 0.2 are significant differences. This article discusses the structural modal analysis, weight analysis to structure analysis by comparing the wind, and then choose from some of the more problematic of bars do.

By this analysis that, when the smaller span structures such as 50 meters, and the greater span of 200 meters, for example, suffered after the axial force of the wind with the known long-span structures are different. Can verify this with the distinction between literature different long span structures.

Because the pressure data is too small, in the course of the study results will be slight differences with the literature, so need to further research and discussion.
論文目次 目錄 ……………………………………………………………………Ⅰ
表目錄 …………………………………………………………………Ⅳ
圖目錄.…………………………………………………………………Ⅷ
第一章
緒論……………………………………………………………1
1.1 前言…………………………………………………………1
1.2 研究動機與目的……………………………………………2
1.3 研究內容……………………………………………………2
1.4 論文架構……………………………………………………2
第二章
文獻回顧………………………………………………………4
2.1 前言 …………………………………………………………4
2.2 大跨徑屋頂結構之風力特性 ………………………………4
2.3 大跨徑屋頂結構概述 ………………………………………6
2.3.1 球殼屋頂結構概述 ……………………………………7
2.4 K8圓形屋頂結構概述 ………………………………………9
第三章 理論背景………………………………………………………10
3.1 前言 ………………………………………………………10
3.2 平均風速剖面 ……………………………………………10
3.3 風壓轉風力 ………………………………………………11
3.4 圓拱靜態平衡方程式之解析解 …………………………12
3.4.1 算例驗證……………………………………………13
第四章 有限元素球殼分析方法………………………………………14
4.1 前言………………………………………………………14
4.2 球殼模型介紹……………………………………………14
4.2.1 K8-50-50模型介紹 …………………………………14
4.2.2 K8-100-100模型介紹 ………………………………15
4.2.3 K8-150-150模型介紹 ………………………………16
4.2.4 K8-200-200模型介紹 ………………………………17
4.3 MIDAS軟體介紹…………………………………………17
4.4 建立球殼模型步驟 ……………………………………18
4.4.1 歷時分析 ……………………………………………18
4.4.1.1 直接積分分析……………………………………19
第五章 數值分析 ……………………………………………………21
5.1 前言………………………………………………………21
5.2 模態分析…………………………………………………21
5.3 靜重分析…………………………………………………23
5.4 風力特性分析……………………………………………23
第六章 結論……………………………………………………………27
6.1結論…………………………………………………………27
6.2建議…………………………………………………………28
參考文獻 ………………………………………………………………30
表目錄
表1.1不同跨徑與高跨比的分類表 …………………………………34
表3.1各種地況係數分類 ……………………………………………35
表3.2對數律法的地況係數… ………………………………………35
表3.3K8-50-50有限元素模型實際半徑 ……………………………35
表4.1各類不同跨徑的球殼結構分類表… …………………………36
表4.2K8-50-50的相同桿件前二十種頻率分佈 ……………………36
表4.3K8-50-50的第一頻率相仿前二十種頻率分佈 ………………37
表4.4K8-50-50兩種比較基準表 ……………………………………37
表4.5K8-100-100的相同桿件前二十種頻率分佈 …………………38
表4.6K8-100-100的第一頻率相仿前二十種頻率分佈 ……………38
表4.7K8-100-100兩種比較基準表 …………………………………39
表4.8K8-150-150的相同桿件前二十種頻率分佈 …………………39
表4.9K8-150-150的第一頻率相仿前二十種頻率分佈 ……………40
表4.10K8-150-150兩種比較基準表…………………………………40
表4.11K8-200-200的相同桿件前二十種頻率分佈…………………41
表4.12K8-200-200的第一頻率相仿前二十種頻率分佈……………41
表4.13K8-200-200兩種比較基準表…………………………………42
表4.14 MIDAS軟體操作步驟 ………………………………………42
表5.1K8-50-50同斷面前六種模態分析 ……………………………43
表5.2K8-100-100同斷面前六種模態分析 …………………………43
表5.3K8-150-150同斷面前六種模態分析 …………………………43
表5.4K8-200-200同斷面前六種模態分析 …………………………44
表5.5K8-50-50第一頻率相仿前六種模態分析 ……………………44
表5.6K8-100-100第一頻率相仿前六種模態分析 …………………44
表5.7K8-150-150第一頻率相仿前六種模態分析 …………………45
表5.8K8-200-200第一頻率相仿前六種模態分析 …………………45
表5.9K5-50-50結構自重軸力表 ……………………………………46
表5.10K8-50-50element4自重內力比………………………………46
表5.11K8-50-50element8自重內力比………………………………47
表5.12K8-50-50element9自重內力比………………………………47
表5.13K8-50-50element13自重內力比 ……………………………47
表5.14各跨徑受風壓數表……………………………………………47
表5.15K8-50-50element4同桿件軸比………………………………48
表5.16K8-50-50element8同桿件軸比………………………………48
表5.17K8-50-50element9同桿件軸力比……………………………48
表5.18K8-50-50element13同桿件軸力比 …………………………48
表5.19K8-50-50element4第一頻率相仿軸力………………………49
表5.20K8-50-50element8第一頻率相仿軸力………………………49
表5.2K8-50-50element9第一頻率相仿軸力 ………………………49
表5.22K8-50-50element13第一頻率相仿軸力 ……………………49
表5.23K8-100-100element4同桿件軸力比…………………………49
表5.24K8-100-100element8同桿件軸力比…………………………50
表5.25K8-100-100element9同桿件軸力比…………………………50
表5.26K8-100-100element13同桿件軸力比 ………………………50
表5.27K8-100-100element4第一頻率相仿軸力比…………………50
表5.28K8-100-100element8第一頻率相仿軸力比…………………50
表5.29K8-100-100element9第一頻率相仿軸力比…………………51
表5.30K8-100-100element13第一頻率相仿軸力比 ………………51
表5.31K8-150-150element4同桿件軸力比…………………………51
表5.32K8-150-150element8同桿件軸力比…………………………51
表5.33K8-150-150element9同桿件軸力比…………………………51
表5.34K8-150-150element13同桿件軸力比 ………………………52
表5.35K8-150-150element4第一頻率相仿軸力比…………………52
表5.36K8-150-150element8第一頻率相仿軸力比…………………52
表5.37K8-150-150element9第一頻率相仿軸力比…………………52
表5.38K8-150-150element13第一頻率相仿軸力比 ………………52
表5.39K8-200-200element4同桿件軸力比…………………………53
表5.40K8-200-200element8同桿件軸力比…………………………53
表5.41K8-200-200element9同桿件軸力比…………………………53
表5.42K8-200-200element13同桿件軸力比 ………………………53
表5.43K8-200-200element4第一頻率相仿軸力比…………………53
表5.44K8-200-200element8第一頻率相仿軸力比…………………54
表5.45K8-200-200element9第一頻率相仿軸力比…………………54
表5.46K8-200-200element13第一頻率相仿軸力比 ………………54
圖目錄
圖1.1中國國家游泳中心2008年中華人民共和國…………………55
圖1.2奧運國家體育館 ………………………………………………55
圖2.1平面桁架系 ……………………………………………………56
圖2.2四角錐網架 ……………………………………………………56
圖2.3三角錐體系 ……………………………………………………56
圖2.4單層與雙層球殼結構簡單示意圖 ……………………………57
圖2.5柱面網 …………………………………………………………57
圖2.6懸索結構之平行 ………………………………………………57
圖2.7懸索結構之輻射式佈置 ………………………………………58
圖2.8懸索結構之網狀佈置 …………………………………………58
圖2.9肋環型和施德肋型 ……………………………………………58
圖2.10三向網格型球面網殼…………………………………………59
圖2.11葵花型…………………………………………………………59
圖2.12短程線型………………………………………………………59
圖2.13凱特威型………………………………………………………60
圖3.1圓拱示意圖 ……………………………………………………60
圖4.1K8-50-50同桿件頻率分佈圖 …………………………………61
圖4.2K8-50-50第一頻率相仿的頻率分佈圖 ………………………61
圖4.3跨徑50公尺不同高度比的圓鋼管尺寸圖 ……………………62
圖4.4K8-100-100同桿件頻率分佈圖 ………………………………63
圖4.5K8-100-100第一頻率相仿的頻率分佈圖 ……………………63
圖4.6跨徑100公尺不同高度比的圓鋼管尺寸圖……………………64
圖4.7K8-150-150同桿件頻率分佈圖 ………………………………65
圖4.8K8-150-150第一頻率相仿的頻率分佈圖 ……………………65
圖4.9跨徑150公尺不同高度比的圓鋼管尺寸圖……………………66
圖4.10K8-200-200同桿件頻率分佈圖………………………………67
圖4.11K8-200-200第一頻率相仿的頻率分佈圖……………………67
圖4.12跨徑200公尺不同高度比的圓鋼管尺寸圖…………………68
圖5.1K8-50-50有限元素圓形屋頂模型 ……………………………69
圖5.2K8-50-50 內力之軸力分佈圖 …………………………………69
圖5.3桿件4、8、9和13之示意圖 ……………………………………69
圖5.4K8-50-50同斷面受風力後軸力最大值分佈圖 ………………70
圖5.5K8-50-50同斷面受風力後軸力最小值分佈圖 ………………70
圖5.6K8-50-50同斷面自重加風力後軸力最大值分佈圖 …………70
圖5.7K8-50-50同斷面自重加風力後軸力最小值分佈圖 …………71
圖5.8K8-50-50第一頻率相仿的軸力………………………………71
圖5.9K8-50-50第一頻率相仿風力後軸力最大值分佈圖 …………71
圖5.10K8-50-50第一頻率相仿風力後軸力最小值分佈圖…………72
圖5.11K8-100-100同斷面自重軸力分佈圖…………………………72
圖5.12K8-100-100第一頻率相仿自重軸力分佈圖 ………………72
圖5.13K8-100-100同斷面受風力後軸力最大值分佈圖……………73
圖5.14K8-100-100同斷面受風力後軸力最小值分佈圖……………73
圖5.15K8-100-100第一頻率相仿受風力後軸力最大值分佈圖……73
圖5.16K8-100-100第一頻率相仿受風力後軸力最小值分佈圖……74
圖5.17K8-100-100同斷面自重加風力後軸力最大值分佈圖………74
圖5.18K8-100-100同斷面自重加風力後軸力最小值分佈圖………74
圖5.19K8-100-100第一頻率相仿自重加風力軸力最大值分佈圖…75
圖5.20K8-100-100第一頻率相仿自重加風力軸力最小值分佈圖…75
圖5.21K8-150-150同斷面自重軸力分佈圖…………………………75
圖5.22K8-150-150第一頻率相仿自重軸力分佈圖…………………76
圖5.23K8-150-150同斷面受風力後軸力最大值分佈圖……………76
圖5.24K8-150-150同斷面受風力後軸力最小值分佈圖……………76
圖5.25K8-150-150第一頻率相仿受風力軸力最大值分佈圖………77
圖5.26K8-150-150第一頻率相仿受風力軸力最小值分佈圖………77
圖5.27K8-150-150同斷面自重加受風力軸力分佈最大值圖………77
圖5.28K8-150-150同斷面自重加受風力軸力分佈最小值圖………78
圖5.29K8-150-150第一頻率相仿自重加風力軸力分佈最大值圖…78
圖5.30K8-150-150第一頻率相仿自重加風力軸力分佈最小值圖…78
圖5.31K8-200-200同斷面自重軸力分佈圖…………………………79
圖5.32K8-200-200第一頻率相仿自重軸力分佈圖…………………79
圖5.33K8-200-200同斷面受風力後軸力分佈最大值圖……………79
圖5.34K8-200-200同斷面受風力後軸力分佈最小值圖……………80
圖5.35K8-200-200第一頻率相仿受風力後軸力分佈最大值圖……80
圖5.36K8-200-200第一頻率相仿受風力後軸力分佈最小值圖……80

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論文使用權限
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