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系統識別號 U0002-2806201613350700
中文論文名稱 加設剪力牆之RC建築結構最佳化設計
英文論文名稱 Optimum Design of the Reinforced Concrete Building Structures with Shear Walls
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 104
學期 2
出版年 105
研究生中文姓名 黃幸強
研究生英文姓名 Shing-Chiang Huang
學號 604380047
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2016-06-17
論文頁數 172頁
口試委員 指導教授-高金盛
委員-高金盛
委員-葉怡成
委員-苟昌煥
中文關鍵字 鋼筋混凝土  耐震能力評估  側推分析最佳化設計  類神經網路  剪力牆 
英文關鍵字 Reinforced Concrete  Seidmic Capacity Assessment  Push-over Analysis  Optimal Design  Artifician Neural Networkss  Shear Wall 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要   目前國人仍然採用傳統加設剪力牆之RC建築結構設計方式,經由假設、分析、校核、調整、再分析及再校核等步驟完成定案,設計者所完成之定案,仍然不是最經濟方案。因此本文探討建立可方便國內設計者使用且執行時間較短之加設剪力牆之RC建築結構最佳化設計模式,藉以使加設剪力牆之建築結構之RC材料使用量及結構造價可減少。
  本文針對加設剪力牆之RC建築結構,先以ETABS軟體分析再以兩種最佳化方法進行加設剪力牆之RC建築結構之最佳化設計,以獲得加設剪力牆之RC建築結構之最佳化設計模式;另外,以ETABS及TEASPA軟體進行耐震能力評估,並探討成本最佳化與耐震能力的相關性。
  研究結果顯示,利用本文建立之加設剪力牆之RC建築結構最佳化設計模式,可達到成本最少化之最佳化設計,亦可得到最佳化設計後可提升建築結構之耐震能力;另外後續研究可加入更多需求之設計條件,可以將此模式能更廣泛的被使用在各種複雜的工程問題上。
英文摘要  Currently, people are still using the traditional RC building structures with shear walls design approach. This approach is based on the steps of assumptions, analysis, checking, adjustment, re-analysis and rechecking to complete the final design. This final design is still not the most economical design. Therefore, this project is aimed to investigate and establish a model for Heuristic Method for Optimum Design of Reinforced Concrete Building Structure swith shear walls. It is intended to facilitate its usage for the domestic designer and spend less time on it. Besides, through this model we can make the usage of RC materials and the cost of RC building structures with shear walls be reduced to a minimum.
 This article focuses on RC building structures with shear walls. Firstly, we use ETABS software to analyze the influence of internal forces of RC building structures with shear walls and displacement. Then we use heuristic method and CAFÉ to put the optimized design of RC building structures with shear walls in progress in order to get the optimized design model for RC building structures with shear walls. Additionally, we investigate the relation between the cost optimization and seismic capability by ETABS and TEASPA.
 The outcome suggests that if we use this ideal model , there is an achievement of the cost-minimum optimization design and promotion of the structural seismic capability. Last but not the least, there is a room for any upcoming research to mix in more required condition. That is to say, this model is able to be widely applied on many kinds of complicated engineering problems.

論文目次 目錄
誌謝 I
中文摘要 II
英文摘要 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 X
第一章 緒論 1
1-1 研究背景與動機 1
1-2 研究目的 1
1-3 研究流程 2
1-4 研究內容 3
第二章 文獻回顧 6
2-1 加設剪力牆建築結構之地震反應分析 6
2-2 加設剪力牆建築結構之最佳化設計 6
2-3 類神經網路法之結構最佳化設計 8
2-4 加設剪力牆結構之側推分析 8
2-5 加設剪力牆建築結構之耐震能力評估 9
第三章 基礎理論與方法 12
3-1 類神經網路法 12
3-2 CAFÉ軟體 18
3-3 加設剪力牆結構之塑性鉸性質 20
3-4 加設剪力牆建築結構之耐震能力評估 40
第四章 加設剪力牆建築構架之最佳化設計 43
4-1 剪力牆厚度對構架力學行為之影響 43
4-2 剪力牆構件之最佳化設計 54
4-3 加設剪力牆建築構架之最佳化設計 57
4-4 最佳化加設剪力牆建築構架之特性分析 73
4-5 小結 81
第五章 加設剪力牆建築結構之最佳化設計 83
5-1 基本資料 83
5-2 啟發式斷面迭代法 97
5-3 CAFÉ最佳化設計 108
5-4 最佳化加設剪力牆建築結構之特性分析 119
5-5 小結 135
第六章 加設剪力牆建築結構之耐震能力評估 136
6-1 加設剪力牆建築構架之耐震能力評估 136
6-2 加設剪力牆建築結構之耐震能力評估 146
6-3 加設剪力牆建築結構之最佳化與耐震能力之關係探討 162
6-4 小結 165
第七章 結論與建議 166
7-1 結論 166
7-2 建議 168


圖目錄
圖 3-1類神經網路流程圖 13
圖 3-2 CAFÉ軟體最佳化流程圖 19
圖 3-3雙曲率柱受力與變形機制 20
圖 3-4雙曲率柱破壞發展過程 20
圖 3-5軸向破壞時的變未繳之修正係數k' 22
圖 3-6彎矩非線性鉸性質與側向載重位移曲線 23
圖 3-7剪力非線性鉸性質與側向載重位移曲線 24
圖 3-8 ASCE 41-06建議之RC梁非線性鉸載重位移曲線 28
圖 3-9等值寬柱模擬示意圖 30
圖 3-10載重變位曲線示意圖 31
圖 3-11彈性變位與非線性變位疊加示意圖 31
圖 3-12 RC牆之側向載重位移曲線 35
圖 4-1三層樓加設剪力牆構架立面圖 43
圖 4-2剪力牆構件立面圖 54
圖 4-3混凝土價格與剪力牆厚度關係圖 55
圖 4-4鋼筋價格與剪力牆厚度關係圖 55
圖 4-5總造價與剪力牆厚度關係圖 55
圖 4-6案例一訓練測試法誤差收斂曲線 61
圖 4-7案例一造價重要性指標 62
圖 4-8案例一造價帶狀主效果圖 62
圖 4-9案例一造價訓練散佈圖 62
圖 4-10案例一造價測試散佈圖 62
圖 4-11案例二訓練測試法誤差收斂曲線 65
圖 4-12案例二造價重要性指標 66
圖 4-13案例二造價帶狀主效果圖 66
圖 4-14案例二造價訓練散佈圖 66
圖 4-15案例二造價測試散佈圖 66
圖 4-16案例三訓練測試法誤差收斂曲線 69
圖 4-17案例三造價重要性指標 70
圖 4-18案例三造價帶狀主效果圖 70
圖 4-19案例三造價訓練散佈圖 70
圖 4-20案例三造價測試散佈圖 70
圖 5-1加設剪力牆十層鋼筋混凝土結構平面圖 83
圖 5-2加設剪力牆十層鋼筋混凝土結構X向立面圖 84
圖 5-3加設剪力牆十層鋼筋混凝土結構立體圖 84
圖 6-1加設剪力牆構架之初始方案塑性鉸破壞過程 137
圖 6-2加設剪力牆構架之案例一塑性鉸破壞過程 138
圖 6-3加設剪力牆構架之案例二塑性鉸破壞過程 139
圖 6-4加設剪力牆構架之案例二塑性鉸破壞過程 140
圖 6-5加設剪力牆構架之初始方案容量曲線 141
圖 6-6加設剪力牆構架之案例一容量曲線 141
圖 6-7加設剪力牆構架之案例二容量曲線 142
圖 6-8加設剪力牆構架之案例三容量曲線 142
圖 6-9加設剪力牆構架之初始方案容量譜 143
圖 6-10加設剪力牆構架之案例一容量譜 143
圖 6-11加設剪力牆構架之案例二容量譜 144
圖 6-12加設剪力牆構架之案例三容量譜 144
圖 6-13加設剪力牆結構之初始方案塑性鉸破壞過程 149
圖 6-14加設剪力牆結構之方案一塑性鉸破壞過程 150
圖 6-15加設剪力牆結構之案例二塑性鉸破壞過程 151
圖 6-16加設剪力牆結構之案例三塑性鉸破壞過程 152
圖 6-17加設剪力牆結構之案例四塑性鉸破壞過程 153
圖 6-18加設剪力牆結構之案例五塑性鉸破壞過程 154
圖 6-19加設剪力牆結構之初始方案容量曲線 155
圖 6-20加設剪力牆結構之案例一容量曲線 155
圖 6-21加設剪力牆結構之案例二容量曲線 156
圖 6-22加設剪力牆結構之案例三容量曲線 156
圖 6-23加設剪力牆結構之案例四容量曲線 157
圖 6-24加設剪力牆結構之案例五容量曲線 157
圖 6-25加設剪力牆結構之初始方案容量譜 158
圖 6-26加設剪力牆結構之案例一容量譜 158
圖 6-27加設剪力牆結構之案例二容量譜 159
圖 6-28加設剪力牆結構之案例三容量譜 159
圖 6-29加設剪力牆結構之案例四容量譜 160
圖 6-30加設剪力牆結構之案例五容量譜 160
圖 6-31加設剪力牆構架側推分析結果與價格折線圖 162
圖 6-32加設剪力牆結構側推分析結果與價格折線圖 164

表目錄
表 3-1 RC柱彎矩非線性鉸之參數 24
表 3-2 RC柱剪力非線性鉸之參數 25
表 3-3 RC梁彎矩非線性鉸之參數 27
表 3-4 RC梁彎矩非線性鉸參數計算表 27
表 3-5 RC梁剪力非線性鉸之參數 28
表 3-6 RC梁剪力非線性鉸參數計算表 28
表 3-7 RC牆彎矩非線性鉸之參數 40
表 3-8 RC牆剪力非線性鉸之參數 40
表 3-9 阻尼比修正係數 42
表 4-1三層樓加設剪力牆構架之斷面尺寸與材料性質 44
表 4-2樓層靜載重計算 44
表 4-3樓層活載重計算 44
表 4-4地震力係數 45
表 4-5最大柱內力 46
表 4-6最大梁內力 46
表 4-7最大剪力牆內力 46
表 4-8 X向最大位移與層間位移轉角 46
表 4-9各樓層造價 47
表 4-10各樓層最大柱剪力比較表 48
表 4-11各樓層最大柱軸力比較表 48
表 4-12各樓層最大柱彎矩比較表 48
表 4-13各樓層最大梁剪力比較表 49
表 4-14各樓層最大梁彎矩比較表 49
表 4-16各樓層最大剪力牆之剪力比較表 50
表 4-17各樓層最大剪力牆之彎矩比較表 50
表 4-18各樓層最大位移比較表 51
表 4-19各樓層最大層間位移轉角比較表 51
表 4-20牆厚7cm之各樓層造價表 52
表 4-21牆厚10cm之各樓層造價表 52
表 4-22牆厚14cm之各樓層造價表 52
表 4-23牆厚17cm之各樓層造價表 53
表 4-24牆厚20cm之各樓層造價表 53
表 4-25剪力牆厚度與價格比較表 53
表 4-26剪力牆厚度與價格比較表 56
表 4-27 案例一訓練測試法相關係數因子 62
表 4-28案例一最佳化結果尺寸 63
表 4-29案例一最佳化方案比較 63
表 4-30案例二訓練測試法相關係數因子 66
表 4-31案例二最佳化結果尺寸 67
表 4-32案例二最佳化方案比較 67
表 4-33案例三訓練測試法相關係數因子 70
表 4-35案例三最佳化結果尺寸 71
表 4-36案例三最佳化方案比較 72
表 4-37最佳化尺寸與價格比較表 73
表 4-38梁鋼筋比比較表 74
表 4-39柱鋼筋比比較表 74
表 4-40剪力牆水平鋼筋比比較表 74
表 4-41各樓層最大位移比較表 75
表 4-42各樓層最大層間位移轉角比較表 75
表 4-43各樓層最大柱剪力比較表 76
表 4-44各樓層最大柱軸力比較表 76
表 4-45各樓層最大柱彎矩比較表 76
表 4-46各樓層最大梁剪力比較表 77
表 4-47各樓層最大梁彎矩比較表 77
表 4-48剪力牆剪力比較表 78
表 4-49剪力牆軸力比較表 78
表 4-50剪力牆彎矩比較表 78
表 4-51各樓層造價表一 80
表 4-52各樓層造價表二 80
表 4-53各樓層造價表三 81
表 4-54各樓層造價表四 81
表 5-1初始結構之X向之斷面尺寸表 85
表 5-2樓層靜載重計算 85
表 5-3樓層活載重計算 85
表 5-4樓層重量表 86
表 5-5初始結構之豎向分配 86
表 5-6 初始結構之X向最大層間位移與層間位移轉角 87
表 5-7初始結構之最大柱內力 88
表 5-8初始結構之最大梁內力 89
表 5-9初始結構之最大剪力牆內力 89
表 5-10初始結構之梁、柱與剪力牆鋼筋比 90
表 5-11初始結構之柱與梁各樓層造價 90
表 5-12初始結構之樓板與剪力牆各樓層造價 91
表 5-13初始結構之各樓層造價 91
表 5-14案例一之X向之斷面尺寸表 92
表 5-15案例一之X向最大層間位移與層間位移轉角 92
表 5-16案例一之最大柱內力 93
表 5-17案例一之最大梁內力 94
表 5-18案例一之最大剪力牆內力 94
表 5-19案例一之梁、柱與剪力牆鋼筋比 95
表 5-20案例一之柱與梁各樓層造價 95
表 5-21案例一之樓板與剪力牆各樓層造價 96
表 5-22案例一之各樓層造價 96
表 5-23啟發式斷面迭代法之結構之X向斷面尺寸表(一) 98
表 5-24啟發式斷面迭代法之X向最大位移與層間位移轉角(一) 98
表 5-25啟發式斷面迭代法之最大柱內力(一) 99
表 5-26啟發式斷面迭代法之最大梁內力(一) 100
表 5-27表啟發式斷面迭代法之最大剪力牆內力(一) 100
表 5-28啟發式斷面迭代法之梁、柱與剪力牆鋼筋比(一) 101
表 5-29啟發式斷面迭代法之柱與梁各樓層造價(一) 101
表 5-30啟發式斷面迭代法之樓板與剪力牆各樓層造價(一) 102
表 5-31啟發式斷面迭代法之各樓層造價(一) 102
表 5-32啟發式斷面迭代法之結構X向斷面尺寸表(二) 103
表 5-33啟發式斷面迭代法之X向最大位移與層間位移轉角(二) 103
表 5-34啟發式斷面迭代法之最大柱內力(二) 104
表 5-35啟發式斷面迭代法之最大梁內力(二) 105
表 5-36啟發式斷面迭代法之最大剪力牆內力(二) 105
表 5-37啟發式斷面迭代法之梁、柱與剪力牆鋼筋比(二) 106
表 5-38啟發式斷面迭代法之柱與梁各樓層造價(二) 106
表 5-39啟發式斷面迭代法之樓板與剪力牆各樓層造價(二) 107
表 5-40啟發式斷面迭代法之各樓層造價(二) 107
表 5-41 CAFÉ最佳化之結構之X向之斷面尺寸表(一) 109
表 5-42 CAFÉ最佳化之X向最大位移與層間位移轉角(一) 109
表 5-43 CAFÉ最佳化之最大柱內力(一) 110
表 5-44 CAFÉ最佳化之最大梁內力(一) 111
表 5-45 CAFÉ最佳化之最大剪力牆內力(一) 111
表 5-46 CAFÉ最佳化之梁、柱與剪力牆鋼筋比(一) 112
表 5-47 CAFÉ最佳化之柱與梁各樓層造價(一) 112
表 5-48 CAFÉ最佳化之樓板與剪力牆各樓層造價(一) 113
表 5-49 CAFÉ最佳化之各樓層造價(一) 113
表 5-50 CAFÉ最佳化之結構之X向之斷面尺寸表(二) 114
表 5-51 CAFÉ最佳化之X向最大層移與層間位移轉角(二) 114
表 5-52 CAFÉ最佳化之最大柱內力(二) 115
表 5-53 CAFÉ最佳化之最大梁內力(二) 116
表 5-54 CAFÉ最佳化之最大剪力牆內力(二) 116
表 5-55 CAFÉ最佳化之梁、柱與剪力牆鋼筋比(二) 117
表 5-56 CAFÉ最佳化之柱與梁各樓層造價(二) 117
表 5-57 CAFÉ最佳化之樓板與剪力牆各樓層造價(二) 118
表 5-58 CAFÉ最佳化之各樓層造價(二) 118
表 5-59內梁尺寸與價格比較表 120
表 5-60外梁尺寸與價格比較表 121
表 5-61柱尺寸與價格比較表 122
表 5-62剪力牆厚度與價格比較表 122
表 5-63梁鋼筋比比較表 123
表 5-64柱鋼筋比比較表 124
表 5-65剪力牆水平鋼筋比比較表 124
表 5-66各樓層最大位移比較表 125
表 5-67各樓層最大柱剪力比較表 126
表 5-68各樓層最大柱軸力比較表 126
表 5-69各樓層最大柱彎矩比較表 127
表 5-70各樓層最大梁剪力比較表 127
表 5-71各樓層最大梁彎矩比較表 128
表 5-72各樓層最大剪力牆剪力比較表 129
表 5-73各樓層最大剪力牆軸力比較表 129
表 5-74各樓層最大剪力牆彎矩比較表 130
表 5-75各樓層造價表一 132
表 5-76各樓層造價表二 132
表 5-77各樓層造價表三 133
表 5-78各樓層造價表四 133
表 5-79各樓層造價表五 134
表 5-80各樓層造價表六 134
表 6-1 側推分析之構架尺寸表 136
表 6-2加設剪力牆構架側推分析結果 145
表 6-3內梁尺寸比較表 146
表 6-4外梁尺寸比較表 147
表 6-5柱尺寸比較表 148
表 6-6剪力牆厚度比較表 148
表 6-7加設剪力牆結構側推分析結果 161
表 6-8加設剪力牆構架側推分析結果與價格比較表 163
表 6-9加設剪力牆結構側推分析結果與價格比較表 164

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論文使用權限
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