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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:藍百圻
研究生(外文):Pai-Chi Lan
論文名稱:既有RC沿街店舖住宅滿足功能要求之耐震補強
論文名稱(外文):Strengthening of Existing R.C. Street Buildings to Meet the Tentative Performance Requirements
指導教授:許茂雄許茂雄引用關係
指導教授(外文):Sheu Maw -Shyong
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:建築學系碩博士班
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:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:191
中文關鍵詞:沿街店鋪住宅震前補強鋼骨斜撐街屋剪力房屋功能設計靜態推垮曲線法RC牆震後補強
外文關鍵詞:street buildingstrengthening after earthquakeshear buildingperformance-based designstatic push-over methodsteel bracestrengthening before earthquakeRC wall
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低層RC造沿街店鋪住宅在1999年921集集大地震中毀損嚴重,其破壞模式具有一致性,大多數是建築結構系統不良所造成。本文針對災區外未受損與災區內震後受損的既有沿街店鋪住宅,提出有效的補強對策,使之能夠符合功能設計標準(performance-based design code);並且探討以RC牆與鋼骨斜撐補強後的結構行為。
本文考慮災區沿街店鋪住宅的震害特徵,選用靜態推垮曲線法(static pushover method)為本文耐震診斷方法。利用此方法診斷本文自行設計的六個不同樓層、不同結構系統、具代表性的沿街店鋪住宅案例,找出有效的震前、震後補強方法與補強量。並且根據受害建築物耐震能力降低係數與永久變形,探討結構物經RC牆與鋼骨斜撐補強後承受多次地震的結構行為。
另外,筆者調查中部災區街屋於地震後最普遍採用的四類八種補強措施,並對各種補強措施進行分析,判斷其補強成效。
綜合本文對設計案例及災區實例之補強措施分析整理後,獲得結論如下:
1. 在沿街店鋪住宅平行騎樓方向最後面構架增設RC牆或鋼骨斜撐能有效提升騎樓方向的耐震能力而不妨礙使用機能。
2. 結構應在震前未受損時進行補強,不應留待震後受損才補強。
3. 鋼骨斜撐補強的效果優於RC牆補強的效果。
4. 本文採用的功能設計標準,關鍵控制點在475年回歸期大震。
5. 中部災區街屋震後最普遍採用的補強措施係在騎樓處增設鋼柱、以鋼板包覆既有騎樓柱及以RC擴大既有騎樓柱。這些補強措施均無法有效提昇整體結構之耐震能力。
Low-rise RC street buildings in disaster area of the Taiwan Chi-Chi Earthquake were seriously damaged. The failure modes of these street buildings were very unique. The main reason for the damages is due to poor structural system. The purpose of this paper is to find out the effective strengthening strategy of existing street buildings to meet the requirements of the tentative performance-based design code.
After considering the failure characteristics of the street building in disaster area, which are weak-column and strong-beam structures, this thesis adopts static push-over method as analytical calculation. Six typical street buildings with different structural systems, seismic zones and soil conditions are under designed and then used as analysis examples.
Moreover, after surveying the most popular strengthening measures of street buildings in disaster area of the Taiwan Chi-Chi Earthquake, this thesis evaluates the effectiveness of these measures. The results show that most of the measures are ineffective.
The conclusions of this paper are:
1. The most effective measures to strengthen existing street buildings are to add RC shear walls or steel braces in the direction parallel to corridor.
2. For safety and economy, it is suggested that strengthening of street building should be done before earthquake.
3. From structural behavior point of view, steel brace performs better than RC wall for strengthening of existing street buildings.
4. From tentative performance-based criteria point of view, the critical review check point is to meet the requirement of drift ratio (<1.1﹪) under 475-year return period of earthquake.
5. Most strengthening measures for damaged street buildings in disaster area, aimed only at columns in the corridor, are ineffective for improving the aseismic ability.
第一章 緒論
1.1研究動機與目的 1
1.1.1研究動機 1
1.1.2研究目的 1
1.2文獻回顧 2
1.2.1耐震診斷方面 2
1.2.2功能設計方面 3
1.2.3耐震補強與耐震行為方面 3
1.3研究方法 4
1.3.1耐震診斷方法 4
1.3.2找尋案例的方法 4
1.3.3補強案例的演算方法 5
1.4本文適用範圍 5
第二章 低層沿街店鋪住宅耐震診斷方法選用
2.1 921集集大地震震害特徵 7
2.2承受單次大地震之診斷方法 9
2.2.1靜態推垮曲線法的概念 9
2.2.2靜態推垮曲線法的基本假設 9
2.2.3靜態推垮曲線法診斷流程 10
2.2.4結構系統等值二折線與地震力折減係數Fu 11
2.2.5尋求等值二折線時水平線段縱座標的取法 11
2.3本文案例考慮之地震次數 12
2.4 RC柱之側向載重與側向位移非線性曲線 13
2.4.1 RC柱各階段載重 14
2.4.2 RC柱各階段剛度與位移 16
2.5 RC牆之側向載重與側向位移非線性曲線 18
2.5.1 RC牆各階段載重 18
2.5.2 RC牆各階段剛度與位移 20
2.6磚牆之側向載重與側向位移非線性曲線 22
2.7鋼骨斜撐之側向載重與側向位移非線性曲線 26
2.7.1鋼骨斜撐形式的選用 26
2.7.2 X形鋼骨斜撐之分析模型 26
2.7.3鋼骨斜撐側向載重與側向位移非線性曲線之計算 26
2.7.4實例計算 28
2.8耐震診斷分析模式之探討 29
第三章 震前補強案例演算
3.1案例介紹 31
3.1.1台灣沿街店鋪住宅概說 31
3.1.2本文選用的案例 31
3.1.3案例說明 32
3.2補強要求標準 34
3.2.1美國Vision2000委員會功能設計草案 34
3.2.2本文採用補強標準 35
3.3補強原則 38
3.4施工步驟 39
3.5以RC牆補強之案例演算 40
3.5.1案例一演算 40
3.5.2案例二演算 43
3.5.3案例三演算 45
3.5.4案例四演算 47
3.5.5案例五演算 49
3.5.6案例六演算 51
3.6以鋼骨斜撐補強之案例演算 53
3.6.1案例一演算 53
3.6.2案例二演算 55
3.6.3案例三演算 57
3.6.4案例四演算 59
3.6.5案例五演算 61
3.6.6案例六演算 63
3.7討論 65
第四章 震後才補強之耐震診斷
4.1垂直構材震害修復後之行為 67
4.2震後以RC牆補強之案例演算 68
4.2.1案例一演算 68
4.2.2案例二演算 70
4.3震後以鋼骨斜撐補強之案例演算 72
4.3.1案例一演算 72
4.3.2案例二演算 74
4.4討論 76
第五章 建築物補強後承受多次地震之耐震診斷
5.1受害建築物耐震能力降低係數η 77
5.2受害建築物之永久變形 77
5.3結構物承受多次地震後耐震能力的計算方法 78
5.4承受多次地震之結構體耐震診斷 79
5.4.1案例一—RC牆補強後承受多次地震 79
5.4.2案例二—鋼骨斜撐補強後承受多次地震 81
5.5 討論 83
第六章 921地震災區街屋補強之耐震效果檢討
6.1前言 85
6.2評估方法 86
6.3增設H型鋼柱或鋼構架之補強效果檢討 86
6.4柱包覆鋼板工法檢討 88
6.5擴大柱斷面工法檢討 88
6.6案例計算 89
6.7小結 106
第七章 結論與建議
7.1結論 107
7.2建議 110

表目錄
表2-1 使用本文鋼骨斜撐公式實例演算結果 28
表3-1 本文選用案例 32
表3-2 Vision 2000委員會功能設計草案 34
表3-3 洪李陵教授建議921地震前後台灣各主要都市設計地表加速度 35
表3-4 由Vision 2000委員會之要求檢討建築物使用功能 36
表3-5a 本文強震區補強標準(以台南市為例) 37
表3-5b 本文中震區補強標準(以台北市為例) 37
表3-6 各層補強措施 42
表3-7 各層樓補強後之層間變位角耐震診斷 42
表3-8 各層補強措施 43
表3-9 各層樓補強後之層間變位角耐震診斷 44
表3-10 各層補強措施 45
表3-11 各層樓補強後之層間變位角耐震診斷 46
表3-12 各層補強措施 47
表3-13 各層樓補強後之層間變位角耐震診斷 48
表3-14 各層補強措施 49
表3-15 各層樓補強後之層間變位角耐震診斷 50
表3-16 各層補強措施 51
表3-17 各層樓補強後之層間變位角耐震診斷 52
表3-18 各層補強措施 53
表3-19 各層樓補強後之層間變位角耐震診斷 54
表3-20 各層補強措施 55
表3-21 各層樓補強後之層間變位角耐震診斷 56
表3-22 各層補強措施 57
表3-23 各層樓補強後之層間變位角耐震診斷 58
表3-24 各層補強措施 59
表3-25 各層樓補強後之層間變位角耐震診斷 60
表3-26 各層補強措施 61
表3-27 各層樓補強後之層間變位角耐震診斷 62
表3-28 各層補強措施 63
表3-29 各層樓補強後之層間變位角耐震診斷 64
表3-30 各案例一樓震前補強的補強措施及補強量 65
表4-1 各層補強措施 68
表4-2 各層樓補強後之層間變位角耐震診斷 69
表4-3 各層補強措施 70
表4-4 各層樓補強後之層間變位角耐震診斷 71
表4-5 各層補強措施 72
表4-6 各層樓補強後之層間變位角耐震診斷 73
表4-7 各層補強措施 74
表4-8 各層樓補強後之層間變位角耐震診斷 75
表5-1 以RC牆補強措施 79
表5-2 建築物承受不同大小地震之層間變位角 79
表5-3 建築物承受不同大小地震之層間變位角 80
表5-4 建築物承受不同大小地震之層間變位角 80
表5-5 以鋼骨斜撐補強措施 81
表5-6 建築物承受不同大小地震之層間變位角 81
表5-7 建築物承受不同大小地震之層間變位角 82
表5-8 建築物承受不同大小地震之層間變位角 82

圖目錄
圖2-1 單自由度結構模型 113
圖2-2 剪力房屋變形模式 113
圖2-3 將水平載重與水平位移非線性曲線轉換成等值二折線(Q突降前) 114
圖2-4 將水平載重與水平位移非線性曲線轉換成等值二折線(Q突降後) 114
圖2-5 將水平載重與水平位移非線性曲線轉換成等值二折線(過峰值之後) 115
圖2-6 箍筋間距與剪力裂縫關係示意圖 116
圖2-7 箍筋抗剪強度與箍筋間距示意圖 116
圖2-8 X形鋼骨斜撐 117
圖2-9 鋼骨斜撐分析模型 117
圖2-10 X形鋼骨斜撐側向載重與側向位移非線性曲線實例演算 118
圖3-1 一樓樓梯方向垂直騎樓之沿街店鋪住宅平面圖 120
圖3-2 一樓樓梯方向平行騎樓之沿街店鋪住宅平面圖 122
圖3-3 一樓樓梯方向垂直騎樓各案例之結構平面圖 124
圖3-4 一樓樓梯方向垂直騎樓各案例之RC柱配筋圖 124
圖3-5 一樓樓梯方向平行騎樓各案例之結構平面圖 125
圖3-6 一樓樓梯方向平行騎樓各案例之RC柱配筋圖 125
圖3-7 E構架RC牆補強後結構立面圖 126
圖3-8 RC牆補強後平面圖 126
圖3-9 E構架鋼骨斜撐補強後結構立面圖 127
圖3-10 鋼骨斜撐補強後平面圖 127
圖3-11 現場增設RC牆施工圖 128
圖3-12 增設鋼骨斜撐施工圖 129
圖3-13 H3-007一樓補強前各垂直構材組之Q-Δ曲線 130
圖3-14 H3-007一樓補強前之Q-Δ曲線 130
圖3-15 H3-007一樓補強前之耐震診斷圖 130
圖3-16 H3-007一樓補強後各垂直構材組之Q-Δ曲線 131
圖3-17 H3-007一樓補強後之Q-Δ曲線 131
圖3-18 H3-007一樓補強後之耐震診斷圖 131
圖3-19 H3-007一樓補強耐震診斷圖(N.G) 132
圖3-20 H3-007一樓補強耐震診斷圖(太過) 132
圖3-21 H3-007一樓補強耐震診斷圖(OK) 132
圖3-22 H3-007三樓震前補強前後耐震診斷圖 133
圖3-23 H3-007二樓震前補強前後耐震診斷圖 133
圖3-24 H3-007一樓震前補強前後耐震診斷圖 133
圖3-25 H3-011三樓震前補強前後耐震診斷圖 134
圖3-26 H3-011二樓震前補強前後耐震診斷圖 134
圖3-27 H3-011一樓震前補強前後耐震診斷圖 134
圖3-28 H5-011五樓震前補強前後耐震診斷圖 135
圖3-29 H5-011四樓震前補強前後耐震診斷圖 135
圖3-30 H5-011三樓震前補強前後耐震診斷圖 136
圖3-31 H5-011二樓震前補強前後耐震診斷圖 136
圖3-32 H5-011一樓震前補強前後耐震診斷圖 136
圖3-33 V3-007三樓震前補強前後耐震診斷圖 137
圖3-34 V3-007二樓震前補強前後耐震診斷圖 137
圖3-35 V3-007一樓震前補強前後耐震診斷圖 137
圖3-36 V3-011三樓震前補強前後耐震診斷圖 138
圖3-37 V3-011二樓震前補強前後耐震診斷圖 138
圖3-38 V3-011一樓震前補強前後耐震診斷圖 138
圖3-39 V5-011五樓震前補強前後耐震診斷圖 139
圖3-40 V5-011四樓震前補強前後耐震診斷圖 139
圖3-41 V5-011三樓震前補強前後耐震診斷圖 140
圖3-42 V5-011二樓震前補強前後耐震診斷圖 140
圖3-43 V5-011一樓震前補強前後耐震診斷圖 140
圖3-44 H3-007三樓震前補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 141
圖3-45 H3-007二樓震前補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 141
圖3-46 H3-007一樓震前補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 141
圖3-47 H3-011三樓震前補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 142
圖3-48 H3-011二樓震前補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 142
圖3-49 H3-011一樓震前補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 142
圖3-50 H5-011五樓震前補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 143
圖3-51 H5-011四樓震前補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 143
圖3-52 H5-011三樓震前補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 144
圖3-53 H5-011二樓震前補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 144
圖3-54 H5-011一樓震前補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 144
圖3-55 V3-007三樓震前補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 145
圖3-56 V3-007二樓震前補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 145
圖3-57 V3-007一樓震前補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 145
圖3-58 V3-011三樓震前補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 146
圖3-59 V3-011二樓震前補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 146
圖3-60 V3-011一樓震前補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 146
圖3-61 V5-011五樓震前補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 147
圖3-62 V5-011四樓震前補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 147
圖3-63 V5-011三樓震前補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 148
圖3-64 V5-011二樓震前補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 148
圖3-65 V5-011一樓震前補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 148
圖4-1 震害修復後之Q-θ圖 149
圖4-2 震害修復後之Q-θ圖 149
圖4-3 V3-011三樓震後補強前後耐震診斷圖 150
圖4-4 V3-011二樓震後補強前後耐震診斷圖 150
圖4-5 V3-011一樓震後補強前後耐震診斷圖 150
圖4-6 H5-011五樓震後補強前後耐震診斷 151
圖4-7 H5-011四樓震後補強前後耐震診斷圖 151
圖4-8 H5-011三樓震後補強前後耐震診斷圖 152
圖4-9 H5-011二樓震後補強前後耐震診斷圖 152
圖4-10 H5-011一樓震後補強前後耐震診斷圖 152
圖4-11 V3-011三樓震後補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 153
圖4-12 V3-011二樓震後補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 153
圖4-13 V3-011一樓震後補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 153
圖4-14 H5-011五樓震後補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 154
圖4-15 H5-011四樓震後補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 154
圖4-16 H5-011三樓震後補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 155
圖4-17 H5-011二樓震後補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 155
圖4-18 H5-011一樓震後補強前後耐震診斷圖(補鋼骨斜撐) 155
圖5-1 殘餘耐震性能之損傷概念 156
圖5-2 重複加載力與變形的關係 157
圖5-3 承受多次地震結構物之理想化Q-Δ關係 157
圖5-4 受過a1的地震之後之殘餘耐震性能 158
圖5-5 同時考慮耐震能力降低係數與永久變形之a-Δ曲線 158
圖5-6 以RC牆補強後承受二次地震之殘餘耐震性能 159
圖5-7 同時考慮耐震能力降低係數與永久變形之a-θ曲線 159
圖5-8 以鋼骨斜撐補強後承受二次地震之殘餘耐震性能 160
圖5-9 同時考慮耐震能力降低係數與永久變形之a-θ曲線 160
圖6-1 計算例之一樓結構平面圖與柱配筋圖 161
圖6-2 頂端束制較差的補強H型鋼骨柱 162
圖6-3 頂端束制較佳的補強H型鋼骨柱 162
圖6-4 門型鋼構架補強措施 163
圖6-5 門型鋼構架加牛腿補強措施 163
圖6-6 鋼骨柱承受Qp時桿件各斷面的曲率圖與彎矩圖 164
圖6-7 鋼骨柱之側向力與側向位移非線性曲線 164
圖6-8 不同條件下單支H300×150×6.5×9鋼骨柱之Q-Δ曲線 165
圖6-9 柱包覆鋼板加牛腿擴座 166
圖6-10 以鋼筋混凝土擴大柱斷面 166



照片目錄

照片2-1 一樓柱頭、柱底撓曲破壞 167
照片2-2 一樓柱頭撓曲破壞 167
照片2-3 一樓整層壓潰之沿街店鋪住宅(一) 168
照片2-4 一樓整層壓潰之沿街店鋪住宅(二) 168
照片2-5 一樓整層壓潰之沿街店鋪住宅(三) 169
照片2-6 一樓整層壓潰之沿街店鋪住宅(四) 169
照片2-7 具有平行騎樓方向牆壁之沿街店鋪住宅受害輕微(一) 170
照片2-8 具有平行騎樓方向牆壁之沿街店鋪住宅受害輕微(一) 170
照片2-9 具有平行騎樓方向牆壁之沿街店鋪住宅受害輕微(一) 171
照片2-10 二方向皆有牆壁之沿街店鋪住宅,受害輕微 171
照片2-11 玻璃鋁窗破壞情形 172
照片2-12 磁磚掉落情形 172
照片6-1 騎樓增設H型鋼骨柱 173
照片6-2 頂端束制較佳的H型鋼骨柱 173
照片6-3 騎樓增設門型鋼構架 174
照片6-4 門型鋼構架加牛腿 174
照片6-5 以鋼板包覆騎樓柱 175
照片6-6 以RC擴大柱斷面 175
1. 日本建築防災協會,《既有鋼筋混凝土造建築物之耐震診斷基準 同解說》,日本建築防災協會,1990。
2. 日本建築防災協會,《震害建築物之受害度判定基準與修復技術指針—鋼筋混凝土造編》,日本建築防災協會,1991。
3. ATC,“Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings”, ATC-40 Report, Applied Technology Council, Redwood City, California. 1996.
4. 張嘉祥、陳嘉基、王貞富,〈嘉義瑞里地震學校建築震害〉,《結構工程》,13卷3期,頁61-80,1998.9。
5. 劉白梅,《中高層鋼筋混凝土建築結構火害前後之地震保險費率》,國立成功大學建築系博士論文,1998。
6. 蔡益超、陳清泉,《鋼筋混凝土建築物耐震能力評估及推廣》,內政部建築研究所,1999。
7. 郭心怡,《RC學校建築快速耐震診斷》,國立成功大學建築系碩士論文,2000。
8. Structure Engineers Association of California Vision 2000 Committee, “Performance Based Seismic Engineering of Buildings”, SEAOC Vision 2000 Committee, Final Report, 1995.
9. 吳清楓,《由外牆壁磚震害檢討功能設計標準—以低層商業大樓為例》,國立成功大學建築系碩士論文,1999。
10.陳建發,《石膏板輕隔間牆在水平地震力作用下之變形與破壞行為》,國立成功大學建築系碩士論文,2000。
11.吳宗憲,《從逃生門及外牆窗戶玻璃震害探討建築物功能設計》,國立成功大學建築系碩士論文,2001。
12.劉文欽,《鋼筋混凝土構架震後之補強試驗及其效果分析—重塑支柱、增設斜撐與增設RC牆等工法》,國立成功大學建築系碩士論文,1996。
13.康繼仁,《鋼筋混凝土構架震後之補強試驗及其效果分析—包覆工法》,國立成功大學建築系碩士論文,1996。
14.許茂雄、張嘉祥、蔡瑞河,《新建學校建築耐震規畫設計與既有學校建築耐震補強指針研擬》,內政部建築研究所專題研究計畫期末報告(MOIS-860010),1997。
15.詹景超,《以RC住宅建築耐震行為檢討VISION 2000設計目標》,國立成功大學建築系碩土論文,1999。
16.鄧世雄,《集集地震低層RC店鋪住宅震害原因探討》,國立成功大學建築系碩士論文,2000。
17.蔣敬三,《鋼筋混凝土造角間街屋之震害診斷與補強》,國立成功大學建築系碩士論文,2000。
18.內政部營建署,《建築技術規則》,營建雜誌社,民國87年元月。
19.內政部營建署,《建築物耐震設計規範及解說》,內政部營建署,1997。
20.張旭福,《鋼筋混凝土短柱補強措施之定量研究》,國立成功大學建築系碩士論文,1993。
21.黃國彰,《有邊界柱梁之磚牆耐震試驗與等值牆版分析》,國立成功大學建築系碩士論文,1995。
22.賴慶鴻,《鋼筋混凝土剪力牆強度與剛度之試驗與分析》,國立成功大學建築系碩士論文,1999。
23.曾凱瀚,《磚礅與磚牆基本力學性質試驗研究》,國立成功大學建築系碩士論文,1994。
24.張文德,《磚牆及含磚牆RC構架之耐震試驗分析與應用》,國立成功大學建築系碩士論文,1997。
25.林正偉,《有邊界柱梁之磚牆耐震試驗與等值桁架分析》,國立成功大學建築系碩士論文,1995。
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