系統識別號 | U0002-2706201417393500 |
---|---|
DOI | 10.6846/TKU.2014.01120 |
論文名稱(中文) | 中高層鋼筋混凝土建築結構耐震能力評估之探討 |
論文名稱(英文) | Study on the Methods for Assessing Seismic Capacity of Mid-High Rise Reinforced Concrete Buildings Structure |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 土木工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Civil Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 102 |
學期 | 2 |
出版年 | 103 |
研究生(中文) | 張靖 |
研究生(英文) | Jim Chang |
學號 | 602380049 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
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 |
關鍵字(中) |
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 |
關鍵字(英) |
Mid-High Rise Building Seismic Capacity Assessment Pushover Analysis Nonlinear Time History Analysis Plastic Hinge |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
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. |
第三語言摘要 | |
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 |
參考文獻 |
參考文獻: [1] G.H. Powell and F.S. Chen,「Generalized Plastic Hinges Concepts for 3D Beam-Column Element」,report no. UBC/EERC 82-20,Earthquake Engineer Research Center,Univ. of California ,Berkeley,1982 [2] G.H. Powell and F.S. Chen,「3D Beam-Column Element with Generalized Plastic Hinges」,Journal of Engineer Mechanic,ASCE,volume 112,no.7,1986 [3] ATC,「Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings」volume 1、2,ATC-40 report,Applied Technology Council,California,1996 [4] FEMA,「NEHRP Guidelines for Seismic Rehabilitation of Buildings」,FEMA -273 report,Federal Emergency Management Agency ,Washington D.C.,1997 [5] Federal Emergency Management Agency, Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings, FEMA-356, Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C. , 2000. [6] 楊斯如,學校建築結構耐震行為詳細評估,碩士,國立台灣大學土木工程研究所碩士論文,2003。 [7] 宋裕祺,以結構性能為目標的橋梁耐震設計與耐震能力評估,國立台灣大學土木工程學研究所博士論文,台北,2003。 [8] 宋裕祺、蘇進國、劉光晏、蔡益超,「以結構性能為基準之建築結構耐震能力評估」,台灣省土木技師公會-專題演講,台北,2004。 [9] 杜怡萱、涂耀賢,「耐震能力之簡化推跨分析法」,國家地震工程研究中心,2005,報告編號:NCREE-05-014。 [10] 國家地震工程研究中心,校舍結構耐震評估與補強技術手冊第二版,2009 年,報告編號:NCREE-09-023。 [11] Freeman SA, Nicoletti J P, Tyrrell JV. Evaluation of existing buildings for seismic risk-A.case study of Puget Sound Naval Shipyard.In:WaShington. Proc. of the 1 st U.S. National Conference on Earthquake Engineering. Bremerton, 1975, l 13-122. [12] Peter Fajfar, Peter Gaspersic.The N2 method for the seimic damage analysis of RC buildings[J].Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 1996, 25(1):31-46. [13] Lawson R.S., V.Vance, H.Krawinkler. Nonlinear static pushover analysis---why, when and how ? Proceedings 5th U.S Conference on Earthquake Engineering, Chicago, 1994. [14] Helmut Krawinkler,GD.P.K.Senerviratna.Pros and COILS of a pushover analysis of seismic performance evaluation[J].Engineering Structures,1 998,20(4): 452—464. [15] CSI,「Manual of ETABS Nonlinear Version 6.22」,Computers and Structures. Inc.,May.1997 [16] 蔡益超,「鋼筋混凝土建築物耐震能力評估及推廣」,內政部建築研究所,1999 年。 [17] 蔡益超、宋裕祺,「建築物耐震評估法之修訂及視窗化研究,內政部建築研究所」,2005 。 [18] 陳俊志,鋼筋混凝土構架振動台試驗成果之分析與驗證,碩士論文,國立台北科技大學,2006。 [19] 內政部建築研究所,「鋼筋混凝土建築物耐震能力評估手冊-視窗化輔助分析系統SERCBWin2009」,2009 年。 [20] 徐竹安,國內現行耐震評估法之比較研究,碩士論文,國立中興大學,2010 [21] 內政部建築研究所,「鋼筋混凝土建築物耐震能力評估手冊-視窗化輔助分析系統SERCBWin2012」,2012年。 [22] 梁家維,非線性推垮分析程式SERCB 與NCREE 應用於鋼筋混凝土構造校舍之比較探討,碩士論文,中原大學,2012年。 [23] Faella Giuseppe Evaluation of the RC structure seismic response by means of nonlinear static pushover Analyses 1996. [24] K.K.Sasaki, SA.Freeman, T.E.Paret. Multi-Mode Pushover Procedure(MMP)-A Method to Identify the Effects of Higher Modes in a Pushover Analysis. Proceedings of 6th U.S. National Conference on Earthquake Engineering. Seattle, Washington, 1998 [25] Mwafe AM, Elnashai, AS.Static Pushover versus Dynamics Collapse Analysis of RC Buildings. Engineering Structures. 3:407-2, 2001. [26] Chopra A.K, Goel R.K.Capacity-Demand-Diagram Methods for Estimating Seismic Deformation of Inelastic Strueture : SDF Systems Report No.PEER-1999/02[R]. Pacific Earthquake Engineering Research Center, University of California Berkely, 1999 [27] 高耿賢,評估高樓耐震需求之新側推分析程序之研發,碩士論文,逢甲大學,2004年 [28] 張凡,高層建築結構的Pushover分析方法及應用研究分析,碩士論文,西安建築科技大學,2005 [29] 駱劍峰,框架結構靜力與動力彈塑性抗震分析對比研究,碩士論文,同濟大學,2007 [30] 程小燕,框架混凝土結構靜力彈塑性分析方法與非線性動力分析方法的對比,碩士論文,中國科技建築科學研究院,2007 [31] 王玉金,高層建築Pushover分析方法的應用及改進,碩士論文,北京工業大學,2007年 [32] 楊杰,高層建築的改進model Pushover分析方法,碩士論文,西南交通大學,2008年 [33] 內政部建築研究所,高強度鋼筋混凝土應用在超高樓層建築物之耐震性能探討,2011年 [34] 國家地震工程研究中心,高樓及不規則結構之側推分析方法,2012 年,報告編號:NCREE-12-019。 |
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