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系統識別號 U0002-3107201715112400
中文論文名稱 提升RC建築構架耐震能力之最佳化設計
英文論文名稱 Optimum Design of Enhancing the Seismic Capacity of RC Building Frames
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 105
學期 2
出版年 106
研究生中文姓名 紀彥豪
研究生英文姓名 Yan-Hao Ji
學號 604380286
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2017-06-17
論文頁數 145頁
口試委員 指導教授-高金盛
委員-葉怡成
委員-苟昌煥
中文關鍵字 類神經網路  最佳化設計  耐震能力評估  側推分析 
英文關鍵字 Artifician Neural Networks  Optimal Design  Seidmic Capacity Assessment  Push-over Analysis 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 國內產官學界在將近二十年努力之後,針對低矮樓層建築結構之耐震能力評估與耐震補強工作已近乎完成,接下來需要面對的是中高樓層之建築結構,為此,目前採用的耐震能力評估模式是否適用於中高樓層之建築結構,以及如何以最經濟手段提升中高樓層建築結構之耐震能力,便成為一個值得探討之課題。
本文針對RC建築構架,先以ETABS軟體進行分析設計,並根據國內耐震設計規範,探討週期、等效阻尼比及有效地震力折減係數等參數,對於目前業界常用的兩種耐震評估方式TEASPA與SERCB所評估耐震能力的差異性影響,並提出修正建議;本文亦利用兩種最佳化模式進行提升RC建築構架耐震能力最佳化設計之研究,藉以獲得RC建築構架耐震能力之最佳化提升模式。
本文研究結果顯示,利用本文所建立之RC建築構架之最佳化提升模式,可得到十樓構架耐震能力性價比最高之最佳化提升設計;另外,本文建議於後續研究可加入更多其他設計條件,藉以將此模式能更廣泛的應用在各種複雜的工程問題上。
英文摘要 After nearly two decades of effort, the seismic capacity assessment and seismic reinforcement of the low-rise building has been almost completed. Next, the structural design of the high-rise building needs to be optimized for seismic capacity. Therefore, whether the capacity assessment model is suitable for the high-rise building structure and to increase the seismic capacity of the high-rise building structure through the most economical way to enhance have become a worthy subject.
First, we analyze the RC seismic structure using ETABS. Next, we compare the results derived from TEASPA and SERCB using the ETABS output data and the periodicity, equivalent damping ratio and effective seismic force reduction coefficient defined by the relevant seismic design code and propose the modifying suggestions. Then, apply two sets of optimization methodology on RC-resistant building frame to get a single best optimization design model.
The results show that through the method proposed in this study we are able to establish the most cost-efficient seismic structure design model for a 10-story building. Also, the seismic rating of the structure is improved by a fix amount through the optimization of the design. Furthermore, future research can add more design features to the proposed model to make it more versatile in tackling complex engineering problems.

論文目次 目錄
致謝 II
中文摘要 III
目錄 V
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 5
第二章 文獻回顧 7
2-1 建築結構的耐震能力評估 7
2-2 RC梁柱塑性鉸性質之決定模式 9
2-3 類神經網路法之結構最佳化設計 10
2-4 構架之最佳化設計 11
第三章 基礎理論與方法 14
3-1 TEASPA與SERCB耐震能力評估 14
3-2 RC建築結構耐震能力評估 18
3-3 類神經網路法 25
3-4 啟發式斷面迭代法 33
第四章 耐震能力推估模式之探討比較 34
4-1 前言 34
4-2 基本資料 34
4-3 TEASPA與SERCB耐震能力評估之差異 39
4-4 側推參數對於耐震能力之影響 54
4-5 小結 64
第五章 RC構架提升耐震能力之最佳化設計 65
5-1 前言 65
5-2 基本資料 65
5-3 調整梁鋼筋量對於耐震能力的影響 69
5-4 調整柱鋼筋量對於耐震能力的影響 100
5-5 利用CAFÉ進行十樓構架耐震能力性價比最佳化 104
5-6 小結 108
第六章 最經濟的RC構架提升耐震能力之最佳化設計 109
6-1 前言 109
6-2 基本資料 109
6-3 調整梁鋼筋量對於最經濟構架耐震能力的影響 111
6-4 調整柱鋼筋量對於最經濟構架耐震能力的影響 129
6-5 利用CAFÉ對十樓最經濟構架進行耐震能力性價比最佳化設計 134
6-6 小結 137
第七章 結論與建議 138
7-1 結論 138
7-2 建議 139
參考文獻 140
附錄 144

圖目錄
圖3-1 等效阻尼與遲滯阻尼 16
圖3-2 側推分析之容量曲線 19
圖3-3彎矩非線性鉸性質與側向載重位移曲線 22
圖3-4剪力非線性鉸性質與側向載重位移曲線 22
圖3-5 ASCE 41-06建議之RC梁非線性鉸載重位移曲線 25
圖3-6類神經網路流程圖 27
圖 3-7神經網路架構圖 29
圖3- 8啟發式斷面迭代法流程 33
圖4-1十樓構架立面圖 36
圖4-2 Ap與PGA1、PGA2耐震能力比較圖 45
圖4-3 k係數調整後的Ap與PGA1、PGA2耐震能力比較圖 47
圖4-4初始案例的容量振譜(X座標為譜位移,Y座標為譜加速度) 49
圖4-5 割線理論的容量振譜 50
圖4-6 切線理論的容量曲線 50
圖4-7 割線理論耐震能力比較圖 51
圖4-8 切線理論耐震能力比較圖 53
圖4-9柱鋼筋量 55
圖4-10 側推分析崩塌前的塑性鉸分佈圖 57
圖5-1 初始案例崩塌塑性鉸發生時的塑性鉸分佈 66
圖5-2 初始案例Ap與PGA1、PGA2耐震能力比較圖 69
圖5-3 初始案例第一步的塑性鉸 70
圖5-4 ETABS設計彎矩 71
圖5-5 塑性鉸彎矩 71
圖5-6 塑性鉸彎矩與ETABS設計彎矩之百分比 73
圖5-7 側推分析第一步塑性鉸的彎矩 74
圖5-8 第一步塑性鉸彎矩與ETABS設計彎矩之百分比 75
圖5-9 側推分析第二步塑性鉸的彎矩 76
圖5-10 第二步塑性鉸彎矩與第一步塑性鉸彎矩之百分比 77
圖5-11 梁鋼筋量增加案例一崩塌塑性鉸發生時的塑性鉸分佈 79
圖5-12 梁鋼筋量增加案例一,Ap與PGA1、PGA2耐震能力比較圖 81
圖5-13 梁鋼筋量增加案例二崩塌塑性鉸發生時的塑性鉸分佈 82
圖5-14 梁鋼筋量增加案例二,Ap與PGA1、PGA2耐震能力比較圖 84
圖5-15 梁鋼筋量增加案例三崩塌塑性鉸發生時的塑性鉸分佈 85
圖5-16 梁鋼筋量增加案例三,Ap與PGA1、PGA2耐震能力比較圖 87
圖5-17 梁鋼筋量增加案例四崩塌塑性鉸發生時的塑性鉸分佈 88
圖5-18梁鋼筋量增加案例四Ap、PGA1、PGA2耐震能力比較圖 90
圖5-19 梁鋼筋量增加案例五崩塌塑性鉸發生時的塑性鉸分佈 91
圖5-20梁鋼筋量增加案例五Ap、PGA1、PGA2耐震能力比較圖 93
圖5-21 梁鋼筋量增加案例六崩塌塑性鉸發生時的塑性鉸分佈 94
圖5-22梁鋼筋量增加案例六Ap、PGA1、PGA2耐震能力比較圖 96
圖5-23梁鋼筋量增加案例七崩塌塑性鉸發生時的塑性鉸分佈 97
圖5-24梁鋼筋量增加案例七Ap、PGA1、PGA2耐震能力比較圖 99
圖5-25柱鋼筋量增加案例一崩塌塑性鉸發生時塑性鉸分佈 101
圖5-26柱鋼筋量增加案例一Ap與PGA1、PGA2比較 102
圖5-27柱鋼筋量增加案例二崩塌塑性鉸發生時塑性鉸分佈 103
圖5-28柱鋼筋量增加案例二Ap與PGA1、PGA2比較 104
圖5-29 CAFE耐震能力增加5%的分析結果 105
圖5-30 CAFE耐震能力增加10%的分析結果 106
圖5-31 CAFÉ自變數的相關係數 107
圖6-1 初始案例崩塌塑性鉸發生時的塑性鉸分佈 112
圖6-2初始案例Ap與PGA1、PGA2耐震能力比較圖 114
圖6-3案例一崩塌塑性鉸發生時的塑性鉸分佈 115
圖6-4案例一Ap與PGA1、PGA2耐震能力比較圖 117
圖6-5 案例二崩塌塑性鉸發生時的塑性鉸分佈 118
圖6-6案例二Ap與PGA1、PGA2耐震能力比較圖 119
圖6-7 案例三崩塌塑性鉸發生時的塑性鉸分佈 121
圖6-8案例三Ap與PGA1、PGA2耐震能力比較圖 123
圖6-9 案例四崩塌塑性鉸發生時的塑性鉸分佈 124
圖6-10案例四Ap與PGA1、PGA2耐震能力比較圖 126
圖6-11 案例五崩塌塑性鉸發生時的塑性鉸分佈 127
圖6-12案例五Ap與PGA1、PGA2耐震能力比較圖 129
圖6-13 柱鋼筋量增加案例一崩塌塑性鉸發生時的塑性鉸分佈 130
圖6-14案例一Ap與PGA1、PGA2耐震能力比較圖 131
圖6-15柱鋼筋量增加案例二崩塌塑性鉸發生時的塑性鉸分佈 132
圖6-16案例二Ap與PGA1、PGA2耐震能力比較圖 133
圖6-17 CAFE耐震能力增加5%的分析結果 134
圖6-18 CAFE耐震能力增加10%的分析結果 135
圖6-19 CAFÉ自變數的相關係數 136


表目錄
表3- 1阻尼比修正係數 16
表3-2 SERCB的PGA計算方式一(一般工址) 17
表3-3 SERCB的PGA計算方式二(一般工址) 18
表3-4 RC柱彎矩非線性鉸之參數 21
表3-5 RC柱剪力非線性鉸之參數 21
表3-6RC梁彎矩非線性鉸之參數 23
表3-7 RC梁彎矩非線性鉸參數計算表 24
表3-8 RC梁剪力非線性鉸之參數 24
表3-9 RC梁剪力非線性鉸參數計算表 24
表4-1桿件斷面與材料性質 35
表4-2十樓構架基本資料 35
表 4-3-1 最大柱內力 37
表4-3-2最大梁內力 38
表4-4各樓層價格 38
表4-5 X方向最大位移與層間位移轉角 39
表4-6 SERCB的PGA計算方式一(一般工址) 41
表4-7 SERCB的PGA計算方式二(一般工址) 42
表4-8A¬p計算之參數-1 43
表4-9 A¬p計算之參數-2 43
表4-10 PGA計算之參數-1 43
表4-10 PGA計算之參數-1 44
表4-11 PGA計算之參數-2 44
表4-12 A¬p 與PGA2的阻尼修正係數差距百分比 45
表4-13 以PGA1為基準的耐震能力差距百分比 46
表4-14 k係數調整後的AP與阻尼比和阻尼相關係數 47
表4-15 k係數調整後的AP與阻尼比和阻尼相關係數 48
表4-16 初始案例的譜加速度與譜位移 49
表4-17 割線理論的譜加速度與譜位移 50
表4-18 切線理論的譜加速度與譜位移 51
表4-19 割線理論耐震評估詳細數據1 52
表4-20 割線理論耐震評估詳細數據2 52
表4-21 切線理論耐震評估詳細數據1 53
表4-22 切線理論耐震評估詳細數據1 54
表4-23耐震能力評估結果(a) 55
表4-23耐震能力評估結果(b) 56
表4-24 k=0.66時十樓構架之耐震能力評估結果(a) 58
表4-25 k=0.66時十樓構架之耐震能力評估資料(b) 59
表4-26 k=0.66與k=0.33時耐震能力評估數據之差異 59
表4-27未修正前的耐震能力 60
表4-28 初始位移修正為1.42倍後的耐震能力 61
表4-29未修正前的耐震能力 61
表4-30 Sd修正為0.5倍的耐震能力 62
表4-31 三樓構架在不同k情況下的耐震能力 62
表4-32 六樓構架在不同k情況下的耐震能力 62
表4-33 十樓構架在不同k情況下的耐震能力 63
表 5-1 初始案例耐震能力評估結果(a) 67
表 5-1 初始案例耐震能力評估詳細結果(b) 68
表 5-2 梁鋼筋量增加案例一耐震能力評估結果(a) 80
表 5-2 梁鋼筋量增加案例一耐震能力評估結果(b) 80
表 5-3 梁鋼筋量增加案例二耐震能力評估結果(a) 83
表 5-3 梁鋼筋量增加案例二耐震能力評估結果(b) 83
表 5-4梁鋼筋量增加案例三耐震能力評估結果(a) 86
表 5-4梁鋼筋量增加案例三耐震能力評估結果(B) 86
表5-5梁鋼筋量增加案例四耐震能力評估結果(a) 89
表5-5梁鋼筋量增加案例四耐震能力評估結果(b) 89
表5-6梁鋼筋量增加案例五耐震能力評估結果(a) 92
表5-6梁鋼筋量增加案例五耐震能力評估結果(b) 92
表5-7梁鋼筋量增加案例六耐震能力評估結果(a) 95
表5-7梁鋼筋量增加案例六耐震能力評估結果(b) 95
表5-8鋼筋量增加案例七耐震能力評估結果(a) 98
表5-8鋼筋量增加案例七耐震能力評估結果(b) 98
表5-9各個案例耐震能力評估結果 100
表5-10 柱鋼筋量增加案例一耐震能力評估結果(a) 101
表5-10 柱鋼筋量增加案例一耐震能力評估結果(b) 102
表5-11 柱鋼筋量增加案例二耐震能力評估結果(a) 103
表5-11 柱鋼筋量增加案例二耐震能力評估結果(b) 104
表5-12 耐震能力增加5%案例CAFÉ結果與實作結果之比較 106
表5-13 耐震能力增加10%案例CAFÉ結果與實作結果之比較 107
表6-1 樓層重量與載重 110
表6-2桿件斷面與材料性質 110
表6-3十樓構架基本資料 111
表6-4初始案例耐震能力評估結果 113
表6-5初始案例耐震能力評估結果 113
表6-6案例一耐震能力評估結果 116
表6-7案例一耐震能力評估結果 116
表6-8案例二耐震能力評估結果 119
表6-9案例二耐震能力評估結果 119
表6-10案例三耐震能力評估結果 122
表6-11案例三耐震能力評估結果 122
表6-12案例四耐震能力評估結果 125
表6-13案例四耐震能力評估結果 125
表6-14五案例耐震能力評估結果 128
表6-15五案例耐震能力評估結果 128
表6-16案例一耐震能力評估結果 130
表6-17案例一耐震能力評估結果 131
表6-18案例二耐震能力評估結果 132
表6-19案例二耐震能力評估結果 133
表6-20 耐震能力增加5%案例CAFÉ結果與實作結果之比較 135
表6-21 耐震能力增加10%案例CAFÉ結果與實作結果之比較 136
參考文獻 參考文獻
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