臺灣博碩士論文加值系統

目前國內關於RC建築物耐震評估方式眾多，其中以行政院於八十九年核定「建築物實施耐震能力評估及補強方案」為主要的評估方式，此法是以建築物的強度韌性作為耐震能力評估指標。
所謂強度韌性的耐震能力評估方法，其基本程序是先以結構分析軟體對建築物進行0.1g地表加速度彈性地震力分析，取得建築物各構材彈性範圍的應力資料，再根據各構材的強度來決定其破壞模式與破壞時對應的韌性，接著，以加權的方式求得各半層綜合的剪力強度與韌性比，進而求出整層的耐震能力。
當分析結果認為建築物需要補強時，傳統補強方式為針對構材進行補強或增設剪力牆；若希望採用加勁消能元件作為補強方法，則此耐震評估方法即不適用，原因是加勁阻尼器本身為一遲滯消能元件，其行為屬於非線性，而強度韌性法本身為一線性評估方式，當加入非線性元素時此法將不可行。
本文主要是提出一套方案，針對原無法適用在含加勁消能補強之強度韌性之耐震評估方法，修正其評估流程，使其亦可適用在含非線性元素之建築物耐震能力評估。另外，由於本文採用的加勁消能元件為X字型加勁阻尼構件，故於文中亦將對X字型加勁阻尼器進行理論分析，並提出如何在結構分析軟體 (ETABS) 去模擬X字型加勁阻尼器之受力行為，以應用在修正的評估流程中。

Many methods of seismic-resistant assessment are applied for Reinforce Concrete building structures in Taiwan recently. Among them, the most significant one is the Strength Ductility Method which has been checked and ratified by the Executive Yuan of the Republic of China in 2000.
The procedure of Strength Ductility Method for seismic-resistant assessment of RC building structures includes three phases. Firstly, R.C. building is evaluated under 0.1 g ground acceleration to obtain all element strength data by using the structure analysis software, ETABS. Secondly, the failure mode and the corresponding ductility are decided in each element according to its strength. Finally, the shear force strength and the ductility are acquired in unit of half story weighted by the strength of related elements, and the seismic-resistant capacity of building is induced later.
By tradition, when the building is estimated that strengthening is necessary, the building is retrofitted by reinforcing the structural members or adding R.C. shear wall to the structural system. In recent times, adding energy dissipation devices is an alternative to enhance the performance of the building. Strength Ductility Method, nevertheless, is not applicable in the event for estimation with energy dissipation devices due to their nonlinear behavior. In fact, Strength Ductility Method is a pure linear assessment method.
In this research, the procedure of Strength Ductility Method is modified to extend its applicability to the assessment of R.C. buildings with nonlinear energy dissipation devices. In addition, the X-type Stiffening and Damping Device (XSDD) is adopted for the retrofit of R.C. buildings. Therefore, the theoretical analysis of XSDD is performed and the way to simulate XSDD behavior in ETABS is proposed for the revised procedure of Strength Ductility Method.

目 錄
第一章 緒 論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 1
1.2.1 耐震評估相關研究 2
1.2.2 結構補強相關研究 4
1.3 研究範圍與方法 7
1.4 本文內容 8
第二章 RC建築物耐震能力評估之強度韌性法介紹 12
2.1 耐震評估之目的 12
2.2 強度韌性法之架構 12
2.3 建築物彈性地震分析 13
2.4 梁、柱構材行為之分析 14
2.4.1 梁、柱斷面降伏時彎矩強度 14
2.4.2 梁、柱斷面之剪力強度 17
2.4.3 韌性容量之修正 18
2.4.4 單根梁、柱破壞模式與韌性比 20
2.5 磚牆行為之模擬 22
2.6 節點強度比較與破壞模式之分析 23
2.6.1 梁柱節點破壞模式與承擔之剪力與韌性 23
2.6.2 牽涉磚牆之節點破壞模式與承擔之剪力與韌性 25
2.7 建築物之耐震能力 27
2.7.1 各半層之降伏地表加速度 27
2.7.2 各半層容許韌性容量 28
2.7.3 各半層結構系統地震力折減係數 29
2.7.4 各半層之崩塌地表加速度 29
2.7.5 建築物之耐震能力 30
2.8 耐震能力不足之標準 30
第三章 X字型加勁阻尼結構之非線性動力理論及分析 43
3.1 導論 43
3.2 X字型加勁阻尼器之力學性質 44
3.2.1 以懸臂梁方式解析三角形鋼板力學性質 44
3.2.2 X字型加勁阻尼器之側力與側位移關係 47
3.2.3 X字型加勁阻尼器之消能與側位移關係 48
3.3 加勁阻尼結構之力學性質 53
3.3.1 狀態空間之運動方程式 53
3.3.2 數值分析方法 55
3.3.3 數值驗證 57
3.4 小結 59
3.5 理論分析與商用軟體ETABS作範例比較 59
第四章 結構消能補強之耐震評估 92
4.1 強度韌性法之耐震能力評估流程之修飾 92
4.2 結構系統含加勁消能元件之耐震評估流程適用性之探討 93
4.3 含加勁消能元件之耐震能力評估方法 96
第五章 含加勁阻尼器之案例 102
5.1 建築物概要 102
5.2 補強前建築物耐震能力評估 103
5.2.1 地震力分析 103
5.2.2 耐震能力評估結果 103
5.3 補強後建築物耐震能力再評估 104
5.3.1 評估過程 104
5.3.2 評估結果 106
5.4 小結 106
5.4.1 沿街店舖住宅之結構特性 106
5.4.2 補強後各半層耐震行為之探討 107
5.4.3 迭代過程相關參數之變化 107
第六章 結論與展望 122
6.1 結 論 122
6.2 展 望 123
參考文獻 124
附錄 A matlab程式 127
附錄 B ETABS之參數設定 131
表目錄
表 2 1 各類地盤水平向正規化加速度反應譜係數與周期之關係 32
表 2 2 各類地盤地震力折減係數與周期之關係 33
表 3 1 X字型金屬消能器減震效益 (例一) 63
表 3 2 X字型金屬消能器減震效益 (例二) 63
表 3 3 ETABS與程式計算所得數值之比較 (例一) 64
表 3 4 ETABS與程式計算所得數值之比較 (例二) 65
表 4 1 沿街店舖住宅案例─補强前之X向耐震能力評估 ( ) 99
表 4 2 沿街店舖住宅案例─補强前之X向耐震能力評估 ( ) 99
表 5 1 沿街店舖住宅案例之X向地震力豎向分配 109
表 5 2 沿街住宅案例之Y向地震力豎向分配 109
表 5 3 沿街店舖住宅案例之X向耐震能力評估 (補強前) 109
表 5 4 沿街店舖住宅案例之Y向耐震能力評估 (補強前) 110
表 5 5 加勁消能補強後之X向耐震能力評估 (初始值) 110
表 5 6 加勁消能補強後之X向耐震能力評估 (第1次迭代) 111
表 5 7 加勁消能補強後之X向耐震能力評估 (第2次迭代) 111
表 5 8 加勁消能補強後之X向耐震能力評估 (第3次迭代) 111
表 5 9 加勁消能補強後之X向耐震能力評估 (第4次迭代) 112
表 5 10 加勁消能補強後之X向耐震能力評估 (第5次迭代) 112
表 5 11 加勁消能補強後之X向耐震能力評估 (第6次迭代) 112
表 5 12 迭代過程中相關參數之數值變化過程 113
圖目錄
圖 1 1 擬彈性與非線性轉換示意簡圖 9
圖 1 2 結構側推分析曲線之建立 9
圖 1 3 容量震譜之建立 10
圖 1 4 彈性需求震譜之建立 10
圖 1 5 容量震譜與需求震譜 11
圖 2 1 強度韌性法之架構圖 34
圖 2 2 柱之軸力－彎矩交互影響線 35
圖 2 3 RC梁、柱構材斷面圖、應變圖與應力圖 35
圖 2 4 梁、柱斷面降伏時之彎矩求解圖 36
圖 2 5 梁、柱構材之標稱剪力與韌性容量之關係 37
圖 2 6 梁、柱構材在彎矩降伏前，已發生剪力破壞 37
圖 2 7 梁、柱構材在彎矩降伏後發生剪力破壞 38
圖 2 8 梁、柱構材彎矩降伏後未發生剪力破壞，韌性完全發揮 38
圖 2 9 單根梁柱構材破壞模式與韌性比分析 39
圖 2 10 梁柱節點破壞模式與承擔之剪力與韌性分析 40
圖 2 11 含磚牆構架破壞模式分析 41
圖 2 12 建築物耐震能力計算 42
圖 3 1 X字型加勁阻尼器之示意圖 66
圖 3 2 X字型加勁阻尼器之彎矩、剛度及曲率分佈圖 66
圖 3 3 X字型加勁阻尼器之變形圖 67
圖 3 4 三角形鋼板之彎矩鋼度及曲率分布圖 67
圖 3 5 單一三角形鋼板模擬懸臂梁立體圖 68
圖 3 6 V=Vp距離自由端x處斷面之應力分佈圖 68
圖 3 7 Vy<V<Vp距離自由端x處斷面之應力分佈圖 69
圖 3 8 X字型鋼板側力與側位移正規化關係圖 69
圖 3 9 X字型加勁阻尼器之遲滯迴圈 70
圖 3 10 消能面積與側位移之關係圖 70
圖 3 11 X字型阻尼器單一循環所行走的路徑示意圖 71
圖 3 12 加勁阻尼結構之分解圖 72
圖 3 13 加勁阻尼構件之分解圖 72
圖 3 14 加勁阻尼結構數值分析流程圖 73
圖 3 15 視為單自由度之空構架 74
圖 3 16 視為單自由度之加勁結構 74
圖 3 17 視為單自由度之加勁阻尼結構 75
圖 3 18 將峰值正規化為1g 之El Centro 地震力歷時圖 75
圖 3 19 空構架之位移 (例一) 76
圖 3 20 加勁結構之位移 (例一) 76
圖 3 21 加勁阻尼結構之位移 (例一) 76
圖 3 22 空構架之速度 (例一) 77
圖 3 23 加勁結構之速度 (例一) 77
圖 3 24 加勁阻尼結構之速度 (例一) 77
圖 3 25 空構架之加速度 (例一) 78
圖 3 26 加勁結構之加速度 (例一) 78
圖 3 27 加勁阻尼結構之加速度 (例一) 78
圖 3 28 空構架之位移 (例二) 79
圖 3 29 加勁結構之位移 (例二) 79
圖 3 30 加勁阻尼結構之位移 (例二) 79
圖 3 31 空構架之速度 (例二) 80
圖 3 32 加勁結構之速度 (例二) 80
圖 3 33 加勁阻尼結構之速度 (例二) 80
圖 3 34 空構架之加速度 (例二) 81
圖 3 35 加勁結構之加速度 (例二) 81
圖 3 36 加勁阻尼結構之加速度 (例二) 81
圖 3 37 X字型金屬消能器之遲滯迴圈 (例一) 82
圖 3 38 X字型金屬消能器之遲滯迴圈 (例二) 82
圖 3 39 ETABS中空構架示意圖 83
圖 3 40 ETABS中含斜撐構架示意圖 83
圖 3 41 ETABS中含加勁阻尼器之構架示意圖 84
圖 3 42 ETABS中空構架之位移 (例一) 85
圖 3 43 ETABS中加勁結構之位移 (例一) 85
圖 3 44 ETABS中加勁阻尼結構之位移 (例一) 85
圖 3 45 ETABS中空構架之速度 (例一) 86
圖 3 46 ETABS中加勁結構之速度 (例一) 86
圖 3 47 ETABS中加勁阻尼結構之速度 (例一) 86
圖 3 48 ETABS中空構架之加速度 (例一) 87
圖 3 49 ETABS中加勁結構之加速度 (例一) 87
圖 3 50 ETABS中加勁阻尼結構之加速度 (例一) 87
圖 3 51 ETABS中空構架之位移 (例二) 88
圖 3 52 ETABS中加勁結構之位移 (例二) 88
圖 3 53 ETABS中加勁阻尼結構之位移 (例二) 88
圖 3 54 ETABS中空構架之速度 (例二) 89
圖 3 55 ETABS中加勁結構之速度 (例二) 89
圖 3 56 ETABS中加勁阻尼結構之速度 (例二) 89
圖 3 57 ETABS中空構架之加速度 (例二) 90
圖 3 58 ETABS中加勁結構之加速度 (例二) 90
圖 3 59 ETABS中加勁阻尼結構之加速度 (例二) 90
圖 3 60 ETABS中金屬消能器之遲滯迴圈 (例一) 91
圖 3 61 ETABS中金屬消能器之遲滯迴圈 (例二) 91
圖 4 1 X字型加勁阻尼器有效勁度示意圖 100
圖 4 2 含加勁消能元件之耐震評估法流程 101
圖 5 1 沿街店舖住宅案例之正向立面圖 114
圖 5 2 沿街店舖住宅案例之側向立面圖 114
圖 5 3 沿街店舖住宅案例之標準層結構平面圖 115
圖 5 4 沿街店舖住宅之柱斷面配筋圖 115
圖 5 5 沿街店舖住宅之梁斷面配筋圖 116
圖 5 6 含加勁消能元件下沿街店舖住宅之鳥瞰圖 116
圖 5 7 X字型加勁消能元件立體圖 117
圖 5 8 迭代過程中耐震能力Ac之變化 117
圖 5 9 迭代過程中阻尼器側位移 之變化 118
圖 5 10 迭代過程中阻尼器等效勁度keff之變化 118
圖 5 11 迭代過程中阻尼比修正係數Cd之變化 119
圖 5 12 迭代過程中建築物設計週期Tdsn之變化 119
圖 5 13 耐震能力Ac與阻尼器側位移 之迭代誤差 120
圖 5 14 相關參數之迭代誤差 120
圖 5 15 沿街住宅地震過後騎樓柱破壞之實照 121

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