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研究生:吳清楓
研究生(外文):Chen-Feng Wu
論文名稱:由外牆壁磚震害檢討功能設計標準─以低層商業大樓為例
論文名稱(外文):Revision of Performance Based Design Objectives from the Seismic Behaviour of External Wall Tiles─Illustrated by Low-Rise Commercial Buildings
指導教授:許茂雄許茂雄引用關係劉白梅劉白梅引用關係
指導教授(外文):Maw-Shyong SheuPai-Mei Liu
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:建築學系
學門:建築及都市規劃學門
學類:建築學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1999
畢業學年度:87
語文別:中文
論文頁數:189
中文關鍵詞:層間變位角壁磚剝落率地震超越概率功能設計
外文關鍵詞:Stoyr DriftWall TilesDropping RateYear of RecurrencePerformance Based Design
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摘 要
由於以往建築結構設計的要求,主要著重在結構體,必須確保建築物內人員生命財產的安全以及服務性需求。但是,由最近美國加州北嶺地震和日本阪神地震所造成的震害經驗顯示,雖然在地震力作用下結構物尚能確保不致崩塌,但非結構材與設備的損害卻已造成設備的嚴重損失以及工作的嚴重停頓。這表示結構設計時,只考慮建築物結構體的『耐震設計』是不夠的,非結構材與設備震害後仍應保有的『功能設計』亦應加以慎重考慮。
本文的目的係從外牆壁磚的耐震試驗、理論分析及檢討美日兩國功能設計草案著手,擬定出一個適合我國的功能設計標準。試驗方面製作剪力牆試體,於試體上鋪貼壁磚並以千斤頂於牆體面內施載及記錄壁磚剝落之情形,訂定壁磚的耐震性能標準;分析方面設計四棟不同壁量比之建築物,以非線性增量震譜分析法分析,從結構體的耐震觀點以及壁磚的功能觀點檢討美日功能設計標準;功能設計檢討方面發現台灣短再現期地震之PGA太大故依據美日各再現期地震之PGA比值,訂定我國設計地震力之再現期,並檢討本文設計例之適用性。本文之主要結論如下:
1. 壁磚的耐震特徵約可分為無剝落階段、輕微剝落階段以及明顯剝落階段,由本文試驗結果:不同壁磚有不同之 震害階段界限,若從嚴考量,以0.2%、0.8%、1.3%、2.5%層間變位角作為各震害階段之分野。
2. 壁量多寡於小地震時對壁磚剝落較不明顯,當地震力增大時壁磚剝落會因壁量不同而將差距拉大,不填縫之大 壁磚與填縫之小壁磚於建築崩塌前之壁磚剝落量可差至3~4倍。
3. 於檢討美日兩國所建議之功能設計標準後,本文建議要兼顧結構體耐震設計與壁磚使用功能時,設計標準宜調 整如下:
無害 小害 中害 大害
全部機能保證 無礙使用 人命安全 不得崩塌
q<0.2% q<0.8% q<1.3% q<2.5%
50%/10yr 小震 15年
50%/20yr 中震 30年
10%/50yr 大震475年
5%/50yr 烈震970年
4. 本設計例之壁量至少要達15.7 cm2/m2,垂直構材軸向應力須低於26.3kg/cm2才能滿足本文建議之功能設計標準。
Abstract
After Northridge earthquake and Hanshin earthquake, the design concept for building structure has been changed tremendously. It turns out that building structure should not only ensure life safe at severe earthquake. It should also ensure reasonable performances of non-structural elements and equipment at light and moderate earthquakes.
The purpose of this paper is to recommend the objectives of performance based design that are suitable for Taiwan area through wall tiles test, theoretical analysis and the comparison of Vision 2000 Committee. First, there are 16 RC specimens tested in this paper. All the specimens subject to two cycle or multi-cycle loading. Then the dropping percentage of wall tiles is recorded with respect to deflection drift. Second, RC low-rise commercial buildings are designed by Taiwan Building Code. Then the aseismic capacity of these buildings are analyzed by non-linear spectrum method and compared with the performance design objectives of Vision 2000.
The conclusions of this paper are as follows:
1. The aseismic characyeristic of wall tiles may be divided into: no dropping stage, light dropping stage and severe dropping stage. From the results of test in this paper, the critical story drifts for damage of wall tiles are: 0.2%, 0.8%, 1.3%, 2.5%.
2. Before collapse of low-rise commercial buildings, the dropping area of the big wall tiles without mortar caulking is about 3 to 4 times that of small wall tiles with mortar caulking.
3. According to the analytical results of this paper, the performance based design objectives are suggested as:
no lightmoderatesevere
Fully OperationalOperationalLife SafeNear Collapse
q<0.2%q<0.8%q<1.3%q<2.5%
50%/10yr15yr
50%/20yr30yr
10%/50yr475yr
5%/50yr970yr
4. In order to meet the design objectives of the previous suggestion, the wall rate should be larger than 15.7 cm2/m2,and the gravity stress of vertical elements must be under 26.3kg/cm2.
目錄
■ 表目錄 …………………………………………………… V
■ 圖目錄 …………………………………………………… VII
■ 符號說明 …………………………………………………… XI
第一章緒論 …………1
1-1研究的動機與目的 …………1
1-1-1研究動機 …………1
1-1-2研究目的 …………2
1-2文獻回顧 …………2
1-2-1試驗方面 …………3
1-2-2理論分析方面 …………3
1-2-3功能設計方面 …………4
1-3本文研究方法 …………5
1-3-1試驗方面 …………5
1-3-2理論分析方面 …………6
1-4本文適用範圍 …………6
第二章試驗試體規劃 …………7
2-1面磚的分類 …………7
2-1-1面磚 …………7
2-1-2黏貼方法 …………7
2-1-3黏貼材料 …………8
2-2材料試驗 …………8
2-2-1拉拔力(黏著強度)試驗…………8
2-2-2影響黏著強度的因素…………9
2-3耐震試驗準備計畫 …………12
2-4試體與工法介紹 …………12
2-5試體製作 …………13
2-6試體設備介紹 …………14
2-7試體前準備計畫 …………16
2-8耐震試驗方法 …………16
第三章試驗過程及結果 …………19
3-1概述 …………19
3-1-1各試體之試驗過程及結果…………19
3-1-2探討各試體之試驗變數影響…………30
3-2層間便位角與壁磚剝落率關係之迴
歸曲線 …………31
3-2-1牆體 …………31
3-2-2柱梁 …………33
3-3小結 …………33
第四章建築結構耐震診斷方法介紹 …………37
4-1RC建築物耐震診斷法介紹 …………37
4-1-1現行RC建築結構耐震診斷法…………37
4-1-2本文採用的建築結構耐震診斷法 …………37
4-2震譜的選擇 …………38
4-3往復載重下的構件應力組合 …………38
4-4材料動態強度修正 …………38
4-4-1混凝土動態強度 …………38
4-4-2鋼筋動態強度 …………39
4-5柱梁構件剛度修正 …………39
4-5-1柱梁撓曲剛度(EI)修正…………39
4-5-2柱梁剪力剛度(GA)修正…………40
4-5-3軸向剛度(EI)修正…………42
4-6RC剪力牆剛度修正 …………43
4-6-1剪力強度計算規則 …………43
4-6-2撓曲強度計算 …………44
4-6-3切線撓曲剛度EItan及切線剪力
剛度GAtan修正規則 …………44
4-6-4撓曲強度計算 …………45
4-7Rc建築結構阻尼比之修正 …………45
4-8地表加速度增量 …………46
4-9P-D效應 …………46
4-9-1樓層側向變位導致的P-D效應…………46
4-9-2柱梁彎曲變形導致的P-d效應…………47
4-10柱梁接頭剛域 …………48
4-11破壞與崩塌的認定 …………48
4-11-1構件破壞的認定 …………48
4-11-2結構崩塌的認定 …………49
第五章低層商業大樓案例結構設計與分
析 …………51
5-1 概述 …………51
5-2實例設計 …………51
5-2-1設計步驟 …………51
5-2-2設計變因 …………56
5-2-3設計結果 …………57
5-3實例壁磚剝落計算 …………59
5-3-1進行分析 …………59
5-3-2分析結果 …………59
5-4小結 …………62
第六章討論 …………65
6-1概述 …………65
6-2美、日兩國之功能設計建議草案…………65
6-2-1層間變位角的限制 …………65
6-2-2地震危害度的差異 …………68
6-3功能設計標準年超越概率的草擬…………70
6-3-1超越概率修訂 …………70
6-3-2功能設計標準擬定 …………71
6-3-3本文功能設計標準檢討本文設計例…………71
第七章結論與建議 …………73
7-1結論 …………73
7-1-1耐震試驗方面 …………73
7-1-2理論分析方面 …………74
7-1-3功能設計方面 …………74
7-2建議 …………75
■ 附表 ………………………………………………………77
■ 附圖 ………………………………………………………143
■ 參考文獻 ………………………………………………………187
參考文獻
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