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系統識別號 U0002-2607201320332000
中文論文名稱 立面不規則鋼筋混凝土建築結構耐震能力之探討
英文論文名稱 Investigation on the Seismic Capacity of Reinforced Concrete Building Structures with Vertical Irregularity
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 101
學期 2
出版年 102
研究生中文姓名 吳仕彥
研究生英文姓名 Shih-Yen Wu
學號 698380317
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2013-06-23
論文頁數 158頁
口試委員 指導教授-高金盛
委員-段永定
委員-苟昌煥
中文關鍵字 立面不規則  耐震能力  側推分析  塑性鉸 
英文關鍵字 Vertical Irregularity  Seismic Capacity Assessment  Pushover  plastic hinge 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 台灣位於環太平洋地震帶,因而常常發生地震。由歷年來許多震害中,可發現不規則性建築結構的破壞程度遠超過規則性建築結構,尤其在建築物底層之層高加大等立面勁度不規則建築結構的震害特別嚴重。然而隨著經濟蓬勃發展,都市建築美觀的需求不斷升高,立面不規則建築結構的出現已無法完全避免。強震來襲時,立面不規則建築結構能否屹立不倒,便成為一項值得探討的研究課題。本文旨在探討立面規則與立面勁度不規則鋼筋混凝土建築結構之耐震能力。
本文以6樓中低層規則建築結構與具代表性之立面勁度不規則建築結構為例,先以ETABS軟體,採用擬靜力法進行結構耐震分析及配筋設計,再以ETABS軟體,利用側推分析法進行耐震能力評估,並分析比較採用不同偏心量、不同豎向地震力分佈、不同梁斷面尺寸、不同柱斷面尺寸對規則建築結構之影響,及不同豎向地震力分佈對立面勁度不規則建築結構耐震能力之影響,藉以瞭解不同影響因子對此類建築結構耐震能力之影響,以及一般耐震能力評估模式在評估此類建築結構耐震能力之適用性。本文之研究成果可供工程實務界及學術界參酌引用。
英文摘要 Taiwan is located in the Circum-Pacific seismic zone, so the earthquake occurred frequently. Based on the previous records of earthquake disaster over the years, it can be found that the damage of the irregular building structures is more serious than that of regular building structures. Especially, the damage of the vertically irregular building structures with higher bottom story is particularly serious. However, the demand of urban architectural aesthetics continuously increased with the booming economy. The vertically irregular building structures have been already unable to be totally avoided. Whether the vertically irregular building structure can survive as earthquake struck become a research topic worthy of studying. This paper is intended to investigate the seismic capacity of vertically regular and vertically irregular reinforced concrete building structures.
Two six-story building structures are selected as the basic structures in this thesis. One is with vertical regularity and the other is representative with vertical stiffness irregularity. The basic building structures are analyzed and designed by quasi-static analysis method and with ETABS software first. Then, the pushover analysis method with ETABS software is used to assess the seismic capacity of these basic building structures. The seismic capacity of these building structures with different eccentricity, different distribution of vertical seismic force, different beam cross-section dimensions, different column cross-section dimensions are also investigated in this thesis. The main purpose of these investigations is to realize the different effects of these factors on the influence of structural seismic capacity and the suitability of general seismic capacity assessment model for these structures. The results of this thesis are available for engineering practitioners and academics references.
論文目次 目錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
目錄 iii
圖目錄 vii
表目錄 xi
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2研究動機與目的 2
1-3研究方法 3
1-4研究內容 3
第二章 文獻回顧 5
2-1立面不規則結構種類與定義 5
2-2建築結構耐震能力評估 8
2-3容量譜法 11
2-4側推分析 12
第三章 基礎理論 14
3-1前言 14
3-2耐震分析 15
3-2-1擬靜力分析法 15
3-3耐震詳評 18
3-3-1 ATC-40容量震譜法 18
3-3-2非線性靜力分析(側推分析) 19
3-3-3耐震能力Ap計算式 26
3-3-4耐震能力PGA計算式 27
第四章 規則建築結構之耐震能力分析 30
4-1前言 30
4-2六層樓規則結構分析資料 30
4-3分析結果 35
4-3-1無偏心分析結果 35
4-3-2不同偏心量對耐震能力之影響 43
4-3-3不同豎向地震力分佈對耐震能力之影響 50
4-3-4不同梁斷面尺寸對耐震能力之影響 63
4-3-5不同柱斷面尺寸對耐震能力之影響 74
4-4小結 85
第五章 立面勁度不規則建築之耐震能力分析 88
5-1前言 88
5-2案例S1分析資料 89
5-3 案例S1分析結果 92
5-3-1 ETABS分析及設計結果 92
5-3-2 案例S1側推分析 95
5-4案例S2 109
5-5 案例S2分析結果 112
5-5-1 ETABS分析及設計結果 112
5-5-2 案例S2側推分析 115
5-6立面勁度不規則建築結構案例三分析資料 129
5-7 案例S3分析結果 132
5-7-1 ETABS分析及設計結果 132
5-7-2 案例S3側推分析 135
5-8 小結 149
第六章 結論與建議 151
6-1結論 151
6-2建議 156
參考文獻 157


圖目錄
圖2- 1 立面幾何形狀不規則示意圖 7
圖2- 2 立面質量不規則示意圖 7
圖2- 3 立面勁度不規則示意圖 8
圖3- 1 多自由度系統之側推分析基底剪力與頂層位移之關係 22
圖3- 2 等效單自由度系統之力 與變形 之關係 23
圖4- 1 規則建築結構全視圖 31
圖4- 2 規則建築結構平面圖 31
圖4- 3 規則建築結構立面圖 32
圖4- 4 X向側推分析容量曲線 38
圖4- 5 Y向側推分析容量曲線 39
圖4- 6 X向側推分析容量譜 39
圖4- 7 Y向側推分析容量譜 40
圖4- 8 X向降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 42
圖4- 9 Y向降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 42
圖4- 10 X向無偏心與5%偏心側推分析容量曲線 44
圖4- 11 X向無偏心與5%偏心側推分析容量譜 45
圖4- 12 X向5%偏心降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 45
圖4- 13 Y向無偏心與5%偏心側推分析容量曲線 48
圖4- 14 Y向無偏心與5%偏心側推分析容量譜 48
圖4- 15 Y向5%偏心降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 49
圖4- 16 規則結構X向不同地震力側推容量曲線 53
圖4- 17 規則結構X向不同地震力側推容量震譜 53
圖4- 18 X向倒三角型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 54
圖4- 19 X向指數型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 54
圖4- 20 X向均佈型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 55
圖4- 21 X向第一模態型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 55
圖4- 22 規則結構Y向不同地震力側推容量曲線 59
圖4- 23 規則結構Y向不同地震力側推容量譜 59
圖4- 24 Y向倒三角型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 60
圖4- 25 Y向指數型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 60
圖4- 26 Y向均佈型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 61
圖4- 27 Y向第一模態型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 61
圖4- 28 規則結構各案例X向容量曲線 67
圖4- 29 規則結構各案例X向容量譜 68
圖4- 30 B1結構X向降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 68
圖4- 31 B2結構X向降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 69
圖4- 32 規則結構各案例Y向容量曲線 71
圖4- 33 規則結構各案例Y向容量譜 72
圖4- 34 B1結構Y向降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 72
圖4- 35 B2結構Y向降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 73
圖4- 36 規則結構各案例X向容量曲線 78
圖4- 37 規則結構各案例X向容量譜 79
圖4- 38 C1結構X向降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 79
圖4- 39 C2結構X向降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 80
圖4- 40 規則結構各案例Y向容量曲線 82
圖4- 41 規則結構各案例Y向容量譜 83
圖4- 42 C1結構Y向降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 83
圖4- 43 C2結構Y向降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 84
圖5- 1 案例S1建築結構全視圖 89
圖5- 2 案例S1建築結構平面圖 90
圖5- 3 案例S1建築結構立面圖 90
圖5- 4 案例S1之X向側推容量曲線 98
圖5- 5 案例S1之X向側推容量譜 98
圖5- 6 案例S1之X向規範型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 99
圖5- 7 案例S1之X向倒三角型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 99
圖5- 8 案例S1之X向指數型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 100
圖5- 9 案例S1之X向均佈型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 100
圖5- 10 案例S1之X向第一模態型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 101
圖5- 11 案例S1之Y向側推容量曲線 104
圖5- 12 案例S1之Y向側推容量譜 104
圖5- 13 案例S1之Y向規範型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 105
圖5- 14 案例S1之Y向倒三角型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 105
圖5- 15 案例S1之Y向指數型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 106
圖5- 16 案例S1之Y向均佈型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 106
圖5- 17 案例S1之Y向第一模態型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 107
圖5- 18 案例 S2建築結構全視圖 109
圖5- 19 案例 S2建築結構平面圖 110
圖5- 20 案例 S2建築結構立面圖 110
圖5- 21 案例S2之X向側推容量曲線 118
圖5- 22 案例S2之X向側推容量譜 118
圖5- 23 案例S2之X向規範型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 119
圖5- 24 案例S2之X向倒三角型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 119
圖5- 25 案例S2之X向指數型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 120
圖5- 26 案例S2之X向均佈型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 120
圖5- 27 案例S2之X向第一模態型降伏時和破壞時之塑鉸圖 121
圖5- 28 案例S2之Y向側推容量曲線 124
圖5- 29 案例S2之Y向側推容量譜 124
圖5- 30 案例S2之Y向規範型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 125
圖5- 31 案例S2之Y向倒三角型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 125
圖5- 32 案例S2之Y向指數型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 126
圖5- 33 案例S2之Y向均佈型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 126
圖5- 34 案例S2之Y向第一模態型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 127
圖5- 35 案例 S3建築結構全視圖 129
圖5- 36 案例 S3建築結構平面圖 130
圖5- 37 案例 S3建築結構立面圖 130
圖5- 38 案例S3之X向側推容量曲線 138
圖5- 39 案例S3之X向側推容量 138
圖5- 40 案例S3之X向規範型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 139
圖5- 41 案例S3之X向倒三角型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 139
圖5- 42 案例S3之X向指數型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 140
圖5- 43 案例S3之X向均佈型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 140
圖5- 44 案例S3之X向第一模態型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 141
圖5- 45 案例S3之Y向側推容量曲線 144
圖5- 46 案例S3之Y向側推容量譜 145
圖5- 47 案例S3之Y向規範型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 145
圖5- 48 案例S3之Y向倒三角型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 146
圖5- 49 案例S3之Y向指數型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 146
圖5- 50 案例S3之Y向均佈型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 147
圖5- 51 案例S3之Y向第一模態型降伏時和破壞時之塑鉸分佈圖 147

表目錄
表2- 1 立面不規則性結構 6
表2- 1 立面不規則性結構(續) 7
表3- 1 阻尼比修正係數 27
表3- 2 結構系統之地震力折減係數 28
表3- 3 地表加速度PGA計算方式 29
表4- 1 規則建築結構之斷面尺寸與材料性質 32
表4- 2 規則建築結構設計地震力之豎向分配 33
表4- 3 規則建築規範載重組合係數 34
表4- 4 X向最大層間位移與層間位移轉角 35
表4- 5 Y向最大層間位移與層間位移轉角 36
表4- 6 最大柱內力 36
表4- 7 最大梁內力 37
表4- 8 梁柱配筋 37
表4- 9 規則結構X向與Y向無偏心側推分析結果 41
表4- 10 規則結構X向和Y向耐震能力分析結果 41
表4- 11 規則結構X向不同偏心之側推分析結果 46
表4- 12 規則結構X向不同偏心之耐震能力分析結果 46
表4- 13 規則結構Y向不同偏心之側推分析結果 49
表4- 14 規則結構Y向不同偏心之耐震能力分析結果 49
表4- 15 規則結構X向不同地震力豎向分佈之各樓層地震力 50
表4- 16 規則結構Y向不同地震力豎向分佈之各樓層地震力 51
表4- 17 規則結構X向不同地震力側推分析結果 56
表4- 18 規則結構X向不同地震力耐震能力分析結果 56
表4- 19 規則結構Y向不同地震力側推分析結果 62
表4- 20 規則結構Y向不同地震力耐震能力分析結果 62
表4- 21 各案例之梁斷面尺寸 63
表4- 22 X向最大位移比較表 64
表4- 23 Y向最大位移比較表 64
表4- 24 最大柱內力比較表 65
表4- 25 最大梁內力比較表 65
表4- 26 規則結構各案例X向側推分析結果 69
表4- 27 規則結構各案例X向耐震能力分析結果 69
表4- 28 規則結構各案例Y向側推分析結果 73
表4- 29 規則結構各案例Y向耐震能力分析結果 73
表4- 30 各案例之柱斷面尺寸 74
表4- 31 X向最大位移比較表 75
表4- 32 Y向最大位移比較表 75
表4- 33 最大柱內力比較表 76
表4- 34 最大梁內力比較表 76
表4- 35 規則結構各案例X向側推分析結果 80
表4- 36 規則結構各案例X向耐震能力分析結果 80
表4- 37 規則結構各案例Y向側推分析結果 84
表4- 38 規則結構各案例Y向耐震能力分析結果 84
表5- 1 案例S1各樓層規範設計地震力之豎向分配 91
表5- 2 案例S1 X向層間位移與層間位移轉角 92
表5- 3 案例S1 Y向層間位移與層間位移轉角 93
表5- 4 案例S1最大柱內力 93
表5- 5 案例S1最大梁內力 94
表5- 6 案例S1梁柱配筋量 94
表5- 7 案例S1 X向不同地震力豎向分佈 95
表5- 8 案例S1 Y向不同地震力豎向分佈 95
表5- 9 案例S1 X向不同地震力側推分析結果 101
表5- 10 案例S1 X向不同地震力耐震能力分析結果 102
表5- 11 案例S1 Y向不同地震力側推分析結果 107
表5- 12 案例S1 Y向不同地震力耐震能力分析結果 108
表5- 13 案例S2各樓層規範設計地震力之豎向分配 111
表5- 14 案例S2 X向最大層間位移與層間位移轉角 112
表5- 15 案例S2 Y向最大層間位移與層間位移轉角 113
表5- 16 案例S2最大柱內力 113
表5- 17 案例S2最大梁內力 114
表5- 18 案例S2梁柱配筋量 114
表5- 19 案例S2 X向不同地震力豎向分佈 115
表5- 20 案例S2 Y向不同地震力豎向分佈 115
表5- 21 案例S2 X向不同地震力側推分析結果 121
表5- 22 案例S2 X向不同地震力耐震能力分析結果 122
表5- 23 案例S2 Y向不同地震力側推分析結果 127
表5- 24 案例S2 Y向不同地震力耐震能力分析結果 128
表5- 25 案例S3各樓層規範設計地震力之豎向分配 131
表5- 26 案例S3 X向最大層間位移與層間位移轉角 132
表5- 27 案例S3 Y向最大層間位移與層間位移轉角 133
表5- 28 案例S3最大柱內力 133
表5- 29 案例S3最大梁內力 134
表5- 30 案例S3梁柱配筋量 134
表5- 31 案例S3 X向不同地震力豎向分佈 135
表5- 32 案例S3 Y向不同地震力豎向分佈 135
表5- 33 案例S3 X向不同地震力側推分析結果 141
表5- 34 案例S3 X向不同地震力耐震能力分析結果 142
表5- 35 案例S3 Y向不同地震力側推分析結果 148
表5- 36 案例S3 Y向不同地震力耐震能力分析結果 148

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