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系統識別號 U0002-2706201417393500
中文論文名稱 中高層鋼筋混凝土建築結構耐震能力評估之探討
英文論文名稱 Study on the Methods for Assessing Seismic Capacity of Mid-High Rise Reinforced Concrete Buildings Structure
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 102
學期 2
出版年 103
研究生中文姓名 張靖
研究生英文姓名 Jim Chang
學號 602380049
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2014-06-20
論文頁數 164頁
口試委員 指導教授-高金盛
委員-苟昌煥
委員-段永定
中文關鍵字 中高層建築  耐震能力評估  側推分析  非線性歷時分析  塑性鉸 
英文關鍵字 Mid-High Rise Building  Seismic Capacity Assessment  Pushover Analysis  Nonlinear Time History Analysis  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 目前國人皆以SERCB或NCREE兩套軟體進行低矮校舍結構之耐震能力評估,鑑於利用這兩套軟體分析得到之梁柱構件塑性鉸性質及低矮校舍結構之耐震能力有些許差異,以及鑑於目前低矮校舍結構之評估及補強工作已大致完成,接下來,需要評估與補強之工作將轉為中高層建築結構,本文特別針對鋼筋混凝土(RC)梁柱構件之塑性鉸性質及中高層RC建築結構之耐震能力評估進行深入探討。

本文先以SERCB及NCREE兩套軟體分析比較不同狀況下之RC梁柱構件塑性鉸性質差異性,藉以確認RC梁柱構件塑性鉸性質之決定模式是否有進一步改善之必要;再以十二樓及二十樓中高層建築結構為例,以ETABS 軟體,利用側推分析法及非線性歷時分析法進行耐震能力評估,並分析比較不同豎向地震力分佈及不同容量譜法對中高層建築結構耐震能力評估結果之影響,藉以建立中高層建築結構耐震能力之合理評估模式。

研究結果顯示,RC梁柱構件塑性鉸性質之決定模式確實有進一步改善之必要;另外,中高層建築結構在考慮不同豎向地震力分佈及不同容量譜法對建築結構耐震能力分析結果有不同程度之影響,耐震能力評估時宜慎選。本論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 Currently the engineers in our country always use SERCB or NCREE software to assess the seismic capacity of low-rise school buildings structure. Due to the different results we had got by using these two sets of software to analyze the characteristics of plastic hinge of beams and columns and the seismic capacity of low-rise school buildings structure. As well as due to the work of assessing and reinforcing the seismic capacity of low-rise school buildings structure had almost been completed and the work of assessing and reinforcing the seismic capacity of mid-high rise buildings structure will be the next target. This paper is intended to investigate the characteristics of plastic hinge of the reinforced concrete (RC) beams and columns and the seismic capacity of mid-high rise buildings structure in detail.

In this paper first analyze and compare the results produced by SERCB and NCREE software to verify if there is any need to improve. With 12 and 20 storey building as cases for the mid-high rise building structure, then use pushover method and nonlinear time history analysis method to analyze their seismic capabilities with ETABS software. In addition compare the distribution of lateral seismic forces and the capacity spectrum method in different cases and evaluate the effect of results. Thereby establish a rational assessment model for the seismic capability of mid-high rise buildings structure.

The results have shown that there is need for further improvement for the model of evaluating the characteristics of plastic hinge of RC beams and columns. In addition, there are different degrees of impacts when use various distribution of lateral seismic forces and various capacity spectrum method. Therefore we should carefully choose seismic assessment methods. The research results in this paper are available for engineering practitioners and academics deliberate references.
論文目次 目錄
致謝 i
中文摘要 ii
英文摘要 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 xii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究流程 3
1.4 研究內容 4
第二章 文獻回顧 6
2.1 前言 6
2.2 鋼筋混凝土梁柱構件之塑性鉸性質 7
2.3 建築結構之耐震能力評估 12
2.4 中高層建築結構之側推分析 16
第三章 基礎理論與方法 19
3.1 前言 19
3.2 鋼筋混凝土梁柱構件塑性鉸性質之決定模式 20
3.3 地震力豎向分佈 37
3.4 側推分析方法 41
3.5 容量震譜法 43
3.6 建築結構耐震能力評估 45
第四章 鋼筋混凝土梁柱構件塑性鉸性質之探討 50
4.1 前言 50
4.2 梁柱構件塑性鉸性質之分析流程 50
4.3 SERCB與NCREE梁柱構件塑性鉸性質之探討 53
4.4 梁柱構件塑性鉸性質對結構耐震能力評估結果影響之探討 73
4.5 小結 88
第五章 中高層建築結構之地震反應分析 91
5.1 前言 91
5.2 基本分析資料 91
5.3 擬靜力分析 94
5.4 反應譜分析 107
5.5 線性歷時分析 110
5.6 非線性歷時分析 113
5.7 小結 116
第六章 中高層建築結構地震力豎向分佈之探討 117
6.1 前言 117
6.2 基本分析資料 117
6.3 側推分析 117
6.4 彈性反應時地震力豎向分佈之探討 123
6.5 非彈性反應時地震力豎向分佈之探討 127
6.6 小結 140
第七章 中高層建築結構耐震能力評估之探討 142
7.1 前言 142
7.2 基本分析資料 142
7.3 不同地震力豎向分佈對結構耐震能力評估之影響 143
7.4 不同容量譜法對結構耐震能力評估之影響 147
7.5 小結 155
第八章 結論與建議 157
8.1 結論 157
8.2 建議 161
圖目錄
圖2.1 Powell之構材非線性模式 8
圖2.2 ATC40與FEMA273規範定義強度格式 9
圖2.3 ATC40與FEMA273規範定義變位格式 9
圖2.4 FEMA356塑性鉸定義方式 9
圖3.1 ASCE41-06建議之RC梁非線性鉸載重位移曲線 21
圖3.2 雙曲率柱受力與變形 23
圖3.3 雙曲率柱破壞發展過程 23
圖3.4 軸向破壞時的變位角之修正系數 24
圖3.5 彎矩非線性鉸性質與側向載重位移曲線 26
圖3.6 剪力非線性鉸性質與側向載重位移曲線 27
圖3.7 程式預設之塑性鉸示意圖與SERCB建議之塑性鉸示意圖 28
圖3.8 混凝土剪力強度-轉角關係圖 33
圖3.9 混凝土剪力強度-轉角轉換彎矩-轉角關係圖 34
圖3.10 鋼筋混凝土柱破壞模式 35
圖3.11 軸力-彎矩交互關係圖求取柱斷面之極限軸力 36
圖3.12 考慮軸力變化與極限狀態之塑性鉸定義方式 37
圖4.1 SERCB軟體分析流程圖 51
圖4.2 NCREE軟體分析流程圖 52
圖4.3 SERCB塑性鉸設定方式 55
圖4.4 SERCB梁正彎矩塑性鉸性質圖 56
圖4.5 NCREE梁彎矩塑性鉸設定方式 57
圖4.6 NCREE梁正彎矩塑性鉸性質圖 58
圖4.7 案例B3及B8塑性鉸性質比較圖 58
圖4.8 SERCB梁負彎矩塑性鉸性質圖 60
圖4.9 NCREE梁負彎矩塑性鉸性質圖 62
圖4.10 案例B2及B7塑性鉸性質比較圖 63
圖4.11 案例B5及B10塑性鉸性質比較圖 63
圖4.12 NCREE梁剪力塑性鉸設定方式 64
圖4.13 NCREE梁剪力塑性鉸性質比較 65
圖4.14 SERCB箍筋間距對塑性鉸性質比較圖 67
圖4.15 SERCB軸力對鋼筋量4%塑性鉸性質比較圖 67
圖4.16 SERCB軸力對鋼筋量8%塑性鉸性質比較圖 67
圖4.17 柱彎矩塑性鉸設定方式 68
圖4.18 NCREE箍筋間距對塑性鉸性質比較圖 69
圖4.19 NCREE軸力對鋼筋量4%塑性鉸性質比較圖 70
圖4.20 NCREE軸力對鋼筋量8%塑性鉸性質比較圖 70
圖4.21 案例C1及C5塑性鉸比較圖 71
圖4.22 案例C2及C6塑性鉸比較圖 71
圖4.23 NCREE柱剪力塑性鉸設定方式 71
圖4.24 NCREE柱剪力塑性鉸性質比較 72
圖4.25 一樓立面構架圖 73
圖4.26 案例B2容量曲線圖 74
圖4.27 案例B2容量譜圖 75
圖4.28 案例B3容量曲線圖 75
圖4.29 案例B3容量譜圖 76
圖4.30 案例B5容量曲線圖 76
圖4.31 案例B5容量譜圖 77
圖4.32 案例B7容量曲線圖 77
圖4.33 案例B7容量譜圖 78
圖4.34 案例B8容量曲線圖 78
圖4.35 案例B8容量譜圖 79
圖4.36 案例B10容量曲線圖 79
圖4.37 案例B10容量譜圖 80
圖4.38 案例C1容量曲線圖 80
圖4.39 案例C1容量譜圖 81
圖4.40 案例C2容量曲線圖 81
圖4.41 案例C2容量譜圖 82
圖4.42例C3容量曲線圖 82
圖4.43例C3容量譜圖 83
圖4.44 案例C4容量曲線圖 83
圖4.45 案例C4容量震譜圖 84
圖4.46 案例C5容量曲線圖 84
圖4.47 案例C5容量譜圖 85
圖4.48 案例C6容量曲線圖 85
圖4.49 案例C6容量譜圖 86
圖4.50 案例C7容量曲線圖 86
圖4.51 案例C7容量譜圖 87
圖4.52 案例C8容量曲線圖 87
圖4.53 案例C8容量譜圖 88
圖5.1 十二樓建築結構立面圖 93
圖5.2 二十樓建築結構立面圖 94
圖5.3 十二樓結構各樓層位移 99
圖5.4 十二樓結構各樓層層間位移 100
圖5.5 十二樓結構各樓層層間位移轉角 101
圖5.6 十二樓結構各樓層柱底彎矩總合 102
圖5.7 二十樓結構各樓層位移 103
圖5.8 二十樓結構各樓層層間位移 104
圖5.9 二十樓結構各樓層層間位移轉角 105
圖5.10 二十樓結構各樓層柱底彎矩總和 106
圖5.11 反應譜分析資料 107
圖5.12 TAP047人造歷時資料 110
圖5.13 十二樓非線性歷時頂層時間位移 113
圖5.14 十二樓非線性歷時地表加速度 114
圖5.15 十二樓非線性歷時基底剪力 114
圖5.16 二樓十非線性歷時頂層時間位移 115
圖5.17 二十樓非線性歷時地表加速度 115
圖5.18 二十樓非線性歷時基底剪力 115
圖6.1 十二樓結構各地震力分佈容量曲線 120
圖6.2 十二樓結構各地震力分佈容量譜 120
圖6.3 二十樓結構各地震力分佈容量曲線 122
圖6.4 二十樓結構各地震力分佈容量譜 122
圖6.5 十二樓非線性歷時塑性鉸破壞過程 128
圖6.6 十二樓側推分析規範型塑性鉸破壞過程 129
圖6.7 十二樓側推分析均勻型塑性鉸破壞過程 130
圖6.8 十二樓側推分析指數型塑性鉸破壞過程 131
圖6.9 十二樓側推分析SRSS型塑性鉸破壞過程 132
圖6.10 二十樓非線性歷時塑性鉸破壞過程 133
圖6.11 二十樓側推分析反應譜(規範)型塑性鉸破壞過程 134
圖6.12 二十樓側推分析均勻型塑性鉸破壞過程 135
圖6.13 二十樓側推分析指數型塑性鉸破壞過程 136
圖6.14 二十樓側推分析倒三角型塑性鉸破壞過程 137
圖6.15 二十樓側推分析基本振態型塑性鉸破壞過程 138
圖6.16 二十樓側推分析等值基本振態型塑性鉸破壞過程 139
表目錄
表2.1 鋼筋混凝土梁之塑性鉸特性參數 10
表2.2 鋼筋混凝土柱之塑性鉸特性參數 11
表3.1 RC梁彎矩非線性鉸參數計算表 21
表3.2 RC梁剪力非線性鉸參數計算表 21
表3.3 RC梁彎矩非線性鉸之參數 22
表3.4 RC梁剪力非線性鉸之參數 22
表3.5 RC柱彎矩非線性鉸之參數 26
表3.6 RC柱剪力非線性鉸之參數 28
表3.7 阻尼比修正系數 46
表3.8 結構系統之地震力折減係數Fu 47
表3.9 地表加速度PGA計算公式 48
表4.1 梁斷面案例分析基本資料 53
表4.2 柱斷面案例分析基本資料 54
表4.3 SERCB梁構件分析之正彎矩塑性鉸性質 56
表4.4 NCREE梁構件分析之正彎矩塑性鉸 57
表4.5 SERCB梁構件分析之負彎矩塑性鉸 60
表4.6 NCREE梁構件分析之負彎矩塑性鉸 62
表4.7 NCREE梁構件分析之剪力塑性鉸 64
表4.8 SERCB柱構件分析之彎矩塑性鉸 66
表4.9 NCREE柱構件分析之彎矩塑性鉸 69
表4.10 NCREE柱構件分析之剪力塑性鉸 72
表4.11 分析基本模型資料 73
表4.12 案例B2側推分析結果 74
表4.13 案例B3側推分析結果 75
表4.14 案例B5側推分析結果 76
表4.15 案例B7側推分析結果 77
表4.16 案例B8側推分析結果 78
表4.17 案例B10側推分析結果 79
表4.18 案例C1側推分析結果 80
表4.19 案例C2側推分析結果 81
表4.20案例C3側推分析結果 82
表4.21案例C4側推分析結果 83
表4.22 案例C5側推分析結果 84
表4.23 案例C6側推分析結果 85
表4.24 案例C7側推分析結果 86
表4.25 案例C8側推分析結果 87
表5.1 十二樓梁、柱斷面尺寸及材料性質 92
表5.2 二十樓梁、柱斷面尺寸及材料性質 92
表5.3 十二樓建築構架基本資料 92
表5.4 二十樓建築構架基本資料 93
表5.5 十二樓各地震力分佈形式 95
表5.6 二十樓各地震力分佈形式 96
表5.7 十二樓最大層間位移與層間位移轉角 97
表5.8 二十樓最大層間位移與層間位移轉角 98
表5.9 十二樓各樓層結構位移量 99
表5.10 十二樓各樓層層間位移 100
表5.11 十二樓各樓層層間位移轉角 101
表5.12 十二樓各樓層柱底彎矩總合 102
表5.13 二十樓各樓層結構位移量 103
表5.14 二十樓各樓層層間位移 104
表5.15 二十樓各樓層層間位移轉角 105
表5.16 二十樓各樓層柱底彎矩總和 106
表5.17 十二樓反應譜分析結果 108
表5.18 二十樓反應譜分析結果 109
表5.19 十二樓線性歷時分析結果 111
表5.20 二十樓線性歷時分析結果 112
表6.1 十二樓地震力分佈側推分析 119
表6.2 十二樓地震力分佈側推分析 120
表6.3 二十樓地震力分佈側推分析 121
表6.4 二十樓地震力分佈側推分析 122
表6.5 地震力分佈與反應譜分析結果之誤差 124
表6.6 地震力分佈與歷時分析結果之誤差 124
表6.7 地震力分佈與規範分析結果之誤差 125
表6.8 地震力分佈與反應譜(規範)分析結果之誤差 126
表6.9 地震力分佈與歷時分析結果之誤差 126
表6.10 側推與非線性歷時分析結果之誤差 127
表6.11 側推與非線性歷時分析結果之誤差 127
表7.1 十二樓不同地震力側推分析結果 144
表7.2 二十樓不同地震力側推分析結果 146
表7.3 十二樓不同地震力分佈之傳統容量譜法 148
表7.4 十二樓不同地震力分佈之修正容量譜法 149
表7.5 二十樓不同地震力分佈之傳統容量譜法 151
表7.6 二十樓不同地震力分佈之修正容量譜法 152
表7.7 十二樓建築結構傳統與修正容量譜法 153
表7.8 二十樓建築結構傳統與修正容量譜法 155
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論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2014-07-21公開。
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