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研究生:周建龍
研究生(外文):Chien-Lung Chou
論文名稱:不規則高層鋼骨建築之結構分析與設計
論文名稱(外文):Structural Analysis and Design of Irregular High Rise Steel Building
指導教授:曾一平曾一平引用關係
指導教授(外文):Yi-Ping Tseng
學位類別:碩士
校院名稱:淡江大學
系所名稱:土木工程學系
學門:工程學門
學類:土木工程學類
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:384
中文關鍵詞:鋼結構韌性耐震斜撐柔性樓版抗彎韌性構架系統偏心斜撐構架系統鋼骨鋼筋混凝土
外文關鍵詞:Steel StructureResistanceSeismic-resistanceBraceFlexible diaphragmSMRFEBFSRC
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近年來,由於人口集中,都市土地價格昂貴,且居住空間需求較大,故建築物漸往高樓發展。為減輕結構體本身自重或縮短工期,20層以上的中高層建築物大多以鋼結構建造,而且鋼結構的安全性高、施工方便及設計與施工的相關規範已臻完備,便成為高層建築之主流。
一般而言,不規則結構具有結構行為複雜的特性,在分析與設計上困難度亦高。本文主要目的即針對不規則高層鋼骨建築結構,依照工程界常用的作法完成其結構分析、構件細部設計,並探討其結構特性。
本文研究架構如下:(1)介紹結構系統分類及佈置限制,並檢討範例結構的平面及立面配置、房屋高寬比及基礎埋置深度。(2)建立範例結構的ETABS結構分析模式,並根據規範進行考慮垂直地震力效應下的擬靜力分析及動力反應譜分析,並檢核由風力或地震力所引致的層間位移、剛性率。(3)地上鋼結構採用抗彎韌性構架系統及偏心斜撐構架系統兩種不同構架系統,分別進行樑、柱、斜撐及樑柱接頭等構件的耐震細部設計。(4)地下為鋼筋混凝土(RC)與鋼骨鋼筋混凝土(SRC)結構,亦完成其樑、柱構件設計。(5)針對建築物有無斜撐、剛性樓板與柔性樓板、二次彎矩效應、及剛域折減率之不同,比較建築物之周期、層剪力、桿件內力的變化後,提出合理的設計方式。

Since land cost in city is expensive today owing to the population concentration in the urban area, more high-rise buildings are developed recently. In order to reduce the weight of structure and the construction period, those buildings higher than 20 stories are usually built by steel structure. Moreover, with the characteristics of high safety, construction convenience and well development of construction and design related regulations, the high-rise buildings thereby turn out to be the main trend currently.
In general, the analysis and the design of irregular structure are more difficult since they always embody complicated characteristics. The main purpose of this paper is to investigate those characteristics and to analyze the main and sub-building structures of these irregular high-rise buildings by following those methods applied traditionally by engineers.
The framework of this study is as below:
(1)introduce the classifications of structure systems and their layout restrictions, and check the layout, height-to-width ratio and foundation depth of example structure, (2)develop the ETABS model, and execute quasi-static and spectrum analysis according to the building code, and check the lateral story drift and rigidity ratio due to seismic and wind loading, (3) design the beam, column, brace, and connections of semi-rigid moment resistant frame (SMRF) and eccentrically braced frame for the buildings, (4)design the beam and column of reinforced concrete (RC) and steel reinforced concrete (SRC) for the underground structures, (5)propose the reasonable design procedures after comparing the natural frequencies, story shear, and member forces of different types of modeling such as brace, rigidity ratio, secondary moment, rigidity zone reduction or flexible diaphragm.

中文摘要I
英文摘要II
目錄III
表目錄IX
圖目錄XII
第一章 緒論1
1.1 研究動機與目的1
1.2 研究範疇2
1.3 研究方法3
1.3.1 水平荷重計算流程圖5
1.3.2 建築結構設計流程(耐震設計規範)6
1.4 分析程式說明7
1.4.1前言7
1.4.2 ETABS V5.0程式說明8
1.4.2.1 ETABS V5.0程式之基本假設8
1.4.2.2 ETABS V5.0程式的優缺點8
1.4.3 ETABS V6.1程式說明9
1.4.3.1 ETABS V6.1程式之基本假設10
1.4.3.2 ETABS V6.1程式的優缺點10
第二章 結構系統規劃與構材斷面假設14
2.1 前言14
2.2結構系統規劃14
2.2.1 高樓的定義14
2.2.2 結構系統分類15
2.2.3 結構系統佈置之限制16
2.2.4 合理的結構佈置21
2.2.5 不規則結構25
2.3 範例結構系統規劃整理29
2.4 範例之結構與構材斷面及尺寸33
2.5 鋼結構之優缺點36
第三章 結構荷重37
3.1 前言37
3.2 層重計算38
3.3 梁垂直載重計算40
3.3.1樑之線均佈力:41
3.3.2 樑之集中力41
3.3.3 細切的樑之集中力41
3.3.4 活載重與靜載重42
3.3.5 ETABS V6.1程式的做法42
3.4 法規地震力42
3.4.1 前言42
3.4.2 法規地震力計算44
3.4.3 法規地震力計算之說明與討論46
3.5 垂直地震力52
3.5.1樓版系統之垂直地震力52
3.5.2 樑之垂直地震力53
3.5.3 柱之垂直地震力54
3.5.4 範例結構計算例54
3.6 動力分析之設計反應譜57
3.7 規範風力計算60
3.7.1 前言60
3.7.2 不規則結構之最大受風面積61
3.7.3 規範風力詳細計算步驟62
3.8 動態扭矩與意外扭矩70
3.8.1 動態扭矩與意外扭矩處理的方法70
3.8.2 範例結構偏心位置的計算71
3.9 意外扭矩75
3.10 載重組合76
第四章 結構模擬方式81
4.1 前言81
4.2 結構物整體模擬82
4.2.1 前言82
4.2.2 土壤彈簧常數之計算86
4.3 高樓帷幕牆的模擬92
4.3.1 前言92
4.3.2 帷幕牆分類92
4.3.3 帷幕牆特徵93
4.3.4 帷幕牆之種類94
4.3.5 帷幕牆之性能96
4.4 高樓鋼結構抗震斜撐系統的模擬102
4.4.1 前言102
4.4.2 高樓抗震斜撐系統之種類102
4.5 屋突的模擬107
4.5.1 前言107
4.5.2 屋突模擬的分析108
4.6 剛域的模擬110
4.6.1 前言110
4.6.2 ETABS MODAL說明110
4.7 二次彎矩效應(P-DELTA效應)的考慮112
4.7.1 前言112
4.8 樓版的模擬114
4.8.1 前言114
4.8.2 ETABS的樓版模擬模式114
4.8.3 範例結構的樓版模擬114
4.9 振態疊加法動力分析之振態數決定117
4.9.1 前言117
4.9.2 分析模式118
4.9.3 實例分析120
第五章 高樓結構分析與構材設計121
5.1 前言121
5.2 規範側向位移檢核122
5.2.1 風力引致位移檢核122
5.2.2 地震力所致位移檢核123
5.2.3 地震力之剛性率檢核126
5.3 構材設計127
5.3.1 前言127
5.3.2 鋼梁設計128
5.3.3 鋼柱設計131
5.3.4 柱設計要求139
5.3.5 耐震設計要求139
5.3.5.1 梁柱接頭型式139
5.3.5.2 梁柱腹板交會區設計140
5.3.5.3 強柱弱梁之檢核141
5.3.5.4 梁柱接頭設計141
5.3.6 連桿梁設計145
5.3.7 斜撐設計151
5.3.8 連桿梁外之梁設計155
5.3.9 柱設計(EBF系統)157
5.4 梁耐震設計(RC)162
5.4.1 前言162
5.4.2 設計資料162
5.4.3 設計流程162
5.5 SRC柱耐震設計169
5.5.1 前言169
5.5.2 設計資料169
5.5.3 設計流程170
第六章 結論與建議177
6.1 前言177
6.2 範例建築結構設計178
6.3 不同分析模式之比較182
6.4 設計方法之歸納187
6.4.1 鋼結構容許應力設計方法187
6.4.2 垂直地震力設計方法190
6.4.3 連桿樑之設計191
6.4.4 SRC梁柱設計方法191
6.4.5 結構構件之設計流程193
6.4.6 鋼結構接合型式及其細部設計193
6.5 建議與討論193
6.6 研究展望196
參考文獻197

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