臺灣博碩士論文加值系統

RC牆勁度及強度極大，為良好的系統補強構件，能有效提升建築物耐震能力，但是如何以數值模式模擬其非線性行為，雖然已有許多人從事研究，尚未有良好的定論。SAP2000 之非線性分析功能已漸為國內工程界先進所熟知，但是SAP2000 之非線性分析時，並未設定RC牆模擬方式，因此ㄧ般以寬扁柱模擬之，以M3或PMM形式模擬，或以剪力塑鉸的考量與否等形式行之！本文引用壓拉桿模式將RC牆視為等值斜撐，推導其非線性塑鉸特性，利用SAP2000 的非線性分析能力驗證近年國內的RC牆實體試驗成果，希望能確認一個較合理的數值分析模式，以方便國內工程師採用。

RC wall is a good rehabilitation component system for concrete buildings. It improved buildings with stiffness and strength and enhances seismic capacity of the building. Although the nonlinear simulate models have been investigated by scholars, the numerical simulation of RC wall hasn’t had a better conclusion yet. The nonlinear analysis of SAP2000 can’t simulate the behavior of RC wall. In general, an equivalent column with M3, PMM or V2 is usually used to model walls. Therefore, this paper cites the Strut-and-Tie model and ATC-40 to infer properties of shear plastic-hinge of RC wall, and verified with large scale of RC frames tests, we hopes to provide a reasonable numerical analysis method and a convenient model for engineers to apply.

中文摘要 I
英文摘要 II
致謝 III
目 錄 IV
圖 目 錄 VIII
表 目 錄 XI
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 本文內容 2
第二章 軟化壓拉桿模型之應用 4
2.1 簡介 4
2.2 RC牆結構行為 5
2.3 軟化壓拉桿模型 6
2.4 軟化壓拉桿模型簡算法 14
第三章 RC牆構件行為分析 19
3.1 前言 19
3.2 RC牆構件塑鉸之訂定 19
3.2.1 開裂點強度與位移之計算 20
3.2.2 極限點強度與位移之計算 21
3.2.3 剪力塑鉸訂定 26
3.3 模型計算例 26
3.3.1 開裂點之強度與位移 27
3.3.2 極限點之強度與位移 28
3.4 RC牆分析模型 33
第四章 實體試驗成果比較 34
4.1 前言. 34
4.2 案例一 實體試驗模型 34
4.2.1 純構架（PF-C）之模擬 35
4.2.1.1 結構分析模擬方法 35
4.2.1.2 試驗結論 36
4.2.1.3 數值模擬與試驗值比對 37
4.2.2 構架內含12公分鋼筋混凝土牆（WF-12-C）之模擬 38
4.2.2.1 結構分析模擬方法 38
4.2.2.2 試驗結論 42
4.2.2.3 數值模擬與試驗值比對 43
4.2.3 構架內含15公分鋼筋混凝土牆（WF-15-C）之模擬 44
4.2.3.1 試驗結論 44
4.2.3.2 數值模擬與試驗值比對 45
4.3 案例二 實體試驗模型 46
4.3.1 純構架（PF-Y）之模擬 46
4.3.1.1 試驗結論 47
4.3.1.2 數值模擬與試驗值比對 48
4.3.2 構架內含12公分鋼筋混凝土牆（WF-12-Y）之模擬 48
4.3.2.1 試驗結論 49
4.3.2.2 數值模擬與試驗值比對 50
4.3.3 構架內含15公分鋼筋混凝土牆（WF-15-Y）之模擬 50
4.3.3.1 試驗結論 51
4.3.3.2 數值模擬與試驗值比對 52
4.4 結論比較 53
第五章 鋼筋混凝土構造建築物耐震能力評估之應用 57
5.1 前言 57
5.2 算例 貳樓梁柱構造建築物 57
5.3 最小設計總橫力之計算 58
5.4 磚牆之模擬 59
5.5 原始構架模擬方式與耐震評估結果比較 60
5.6 鋼筋混凝土建築物分析模擬方法 61
5.7 現行耐震評估法與本文評估法比較 62
5.8 算例之破壞機制解說與小結 63
第六章 結論與建議 65
6.1 結論 65
6.2 建議 67
參考文獻 68
附 圖 71
附 表 115



圖 目 錄

圖2.1 成功大學建築系建議之剪力牆載重位移曲線 72
圖2.2 台灣科技大學營建系建議之剪力牆載重位移曲線 72
圖2.3 牆體受橫向力作用下之典型理想化位移結構行為圖 73
圖2.4 剪力牆之軟化壓拉桿模型 73
圖2.5 軟化壓拉桿模型之抵抗機制 74
圖2.6 低矮型剪力牆壓拉桿模型之桿件內力 75
圖2.7 軟化壓拉桿模型流程圖 76
圖2.8 軟化壓拉桿簡易評估法流程-剪力 77
圖2.9 軟化壓拉桿簡易評估法流程-位移 78
圖3.1 側力位移曲線 79
圖3.2 構材塑鉸性質 79
圖3.3 定義之塑鉸曲線 80
圖3.4 實體構架(WF-12)試體之牆體配筋圖 80
圖3.5 實體構架(WF-12-C)之側力位移曲線 81
圖3.6 牆體採用等值寬扁柱模擬方式 81
圖3.7 日本建築學會建議方式 82
圖3.8 SAP 2000模擬中牆體採日本建築學會建議之方式 82
圖4.1 構架（PF-C、PF-Y）尺寸及構架配筋圖 83
圖4.2 PF-C試體之最後破壞情形 84
圖4.3 純構架(PF-C)之容量曲線比較 85
圖4.4 純構架（台科-邱聰智-PF-C）破壞機制圖 86
圖4.5 純構架（台科-邱聰智-PF-C）破壞機制圖 86
圖4.6 純構架（台科-邱聰智-PF-C）破壞機制圖 87
圖4.7 試體構架（WF-12-C、WF-12-Y）牆體配筋圖 88
圖4.8 WF-12-C試體之最後破壞情形 89
圖4.9 含牆構架(WF-12-C)之容量曲線比較-SAP2000內建值 90
圖4.10 含牆構架(WF-12-C)之容量曲線比較-ATC-40建議值 90
圖4.11 含牆構架(WF-12-C)之容量曲線比較-自訂降伏剪力 91
圖4.12 試體構架（WF-15-C、WF-15-Y）尺寸及構架配筋圖 92
圖4.13 試體構架（WF-15-C、WF-15-Y）牆體配筋圖 93
圖4.14 WF-15-C試體之最後破壞情形 94
圖4.15 含牆構架(WF-15-C)之容量曲線比較-SAP2000內建值 95
圖4.16 含牆構架(WF-15-C)之容量曲線比較-ATC-40建議值 95
圖4.17 含牆構架(WF-15-C)之容量曲線比較-自訂降伏剪力 96
圖4.18 PF-Y試體之最後破壞情形 97
圖4.19 純構架(PF-Y)之容量曲線比較 98
圖4.20 WF-12-Y試體之最後破壞情形 99
圖4.21 含牆構架(WF-12-Y)之容量曲線比較-SAP2000內建值 100
圖4.22 含牆構架(WF-12-Y)之容量曲線比較-ATC-40建議值 100
圖4.23 含牆構架(WF-12-Y)之容量曲線比較-自訂降伏剪力 101
圖4.24 WF-15-Y 試體之最後破壞情形 102
圖4.25 含牆構架(WF-15-Y)之容量曲線比較-SAP2000內建值 103
圖4.26 含牆構架(WF-15-Y)之容量曲線比較-ATC-40建議值 103
圖4.27 含牆構架(WF-15-Y)之容量曲線比較-自訂降伏剪力 104
圖4.28 各試體塑性鉸性質曲線 105
圖5.1 斷面尺寸圖 106
圖5.2 平面圖及立面圖 107
圖5.3 補強牆體植筋與配筋圖 108
圖5.4 中壢市彈性反應譜 108
圖5.5 等值斜撐模擬磚牆 109
圖5.6 結構物在倒塌破壞機制下折減需求譜求取相對地表加速度值(B類建築物) 109
圖5.7 結構物在倒塌破壞機制下折減需求譜求取相對地表加速度值(B類建築物) 110
圖5.8 結構物在倒塌破壞機制下折減需求譜求取相對地表加速度值(B類建築物) 110
圖5.9 二樓層推覆曲線（載重位移曲線） 111
圖5.10 屋頂層推覆曲線（載重位移曲線） 111
圖5.11 二樓層與頂樓層推覆曲線比較（載重位移曲線） 112
圖5.12 各試體塑性鉸性質曲線 112
圖5.13 算例一達最大基底剪力時之破壞機制圖 113
圖5.14 算例一達倒塌破壞時之破壞機制圖 114



表 目 錄

表3.1 牆體軸力塑鉸定義方式 116
表3.2 國家地震中心實體構架資料 116
表4.1 構材進入非線性對慣性矩之折減 117
表4.2 單層單垮含 RC牆構架試體資料 118
表4.3 含牆構架(WF-12-C)之各分析CASE塑鉸性質表 119
表4.4 含牆構架(WF-15-C)之各分析CASE塑鉸性質表 120
表4.5 含牆構架(WF-12-Y)之各分析CASE塑鉸性質表 121
表4.6 含牆構架(WF-15-Y)之各分析CASE塑鉸性質表 122
表4.7 ATC-40中關於牆體彎矩塑性鉸性質表 123
表4.8 ATC-40中關於牆體剪力塑性鉸性質表 124
表4.9 依據ATC-40關於牆體剪力塑性鉸性質（如本文中表4.8）
建議值訂定之剪力塑鉸性質資料 124
表4.10 單層單垮含 RC牆構架試體資料 125
表5.1 一般工址短週期與一秒週期設計與最大水平譜加速度係數 126
表5.2 短週期結構之工址放大係數 (線性內插得值) 127
表5.3 長週期結構之工址放大係數 (線性內插得值) 127
表5.4 一般工址或近斷層區域之工址設計水平加速度反應譜係數 128
表5.5 週期上限係數CU (依SD1線性內插求值) 128
表5.6 側推力分配結果 128
表5.7 算例一之各分析CASE塑鉸性質表 129
表5.8 現行評估法與本文建議評估法耐震能力比較(B類建築物) 130
表5.9 性能點位置－結構物行為種類(B類建築物) 131
表5.10 達性能點時RC牆受基底剪力值 131

1.國家地震工程研究中心，「1994年元月美國洛杉磯北嶺地震賑災訪查報告書」，民國83年3月22日。
2.中華民國建築學會，「1995年1月17日日本阪神大地震勘災訪問報告」，1995年4月。
3.中華民國鋼結構工程學會，「921集集地震結構勘災心得研討會」，民國88年5月。
4.中華民國建築師公會全國聯合會，「九二一集集大地震震災調查建築物耐震能力評估修復補強專輯」，民國88年12月。
5.國家地震工程研究中心，「331地震災害調查研討會」，民國91年4月19日。
6.Applied Technology Council（ATC）, Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings, Vol.1, ATC 40, Redwood City, CA,1996
7.「鋼筋混凝土建築物耐震能力評估法及推廣」，內政部建築研究所，民國88年12月。
8.ACI Committee 318, “Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-02) and Commentary (ACI 318R-02),” American Concrete Institute, Farmington Hills, 443 pp. (2002).
9.Hwang, S. J., Fang, W. H.,Lee, H. J. and Yu, H. W., ‘Analytical Model for Predicting Shear Strength of Squat Walls, ‘ ASCE, J. of Structural Engr., Vol.127, No.1, Jan., 2001,P.43-50.
10.Yu, H. W. and Hwang, S. J., ‘Evaluation of Softened Truss Model for Strength Prediction of Reinforced Concrete Squat Walls, ‘ ASCE, J. of Engineering Mech., Vol.131, No.8, August, 2005. P.839-846.
11.涂耀賢，「低矮型RC牆暨構架之側向載重位移曲線預測研究」，國立科技大學營建工程系，博士論文，台北，2005年。
12.Mau, S. T., and Hsu, T. T. C.,‘Shear Behavior of Reinforced Concrete Framed Wall Panels with Vertical Loads, ’ACI Struct. J., 84(3), 1987, p.228-234.
13.Gupta, A., and Rangan, B. V., ‘High-strength Concrete (HSC) Structural Wall. ’ACI Struct. J., 95(2), 1998, p.194-204.
14.Paulay, T., and Priestley, M.J.N.,‘Seismic Design of Reinforced Concrete and Masory Buildings,’Wiley, New York, 1992.
15.Schäfer, K.,‘Strut-and-tie Models for the Design of Structural Concrete, ’Notes of Workshop, Dept. of Civil Engrg., National Cheng-Kung University, Tainan, Taiwan, 1996.
16.Zhang, L. X. B., and Hsu, T. T. C., “Behavior and Analysis of 100MPa Concrete Membrane Elements,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 124, No. 1, pp. 24-34. (1998).
17.Hwang, S. J., and Lee, H. J.‘Analytical Model for Predicting Shear Strengths of Exterior Reinforced Concrete Beam-Column Joints for Seismic Resistance, ’ACI Struct. J., Vol.96, No.5, 1999,p.846-857
18.Hwang, S. J., and Lee, H. J.‘Analytical Model for Predicting Shear Strengths of Interior Reinforced Concrete Beam-Column Joints for Seismic Resistance, ’ ACI Struct. J., Vol.97, No.1, 2000, p.35-44.
19.Hwang, S. J., and Lee, H. J., “Strength Prediction for Discontinuity Regions Failing in Diagonal Compressions by Softened Strut-and-Tie Model,”Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 128, No. 12, December, pp.1519-1526. (2002).
20.中國土木水利工程學會，「混凝土工程設計規範與解說(土木401-93)」，中國土木水利工程學會混凝土工程委員會研究報告(二十二)，台北，民國九十三年十二月。
21.Benjamin, J. R., and Williams, H. A., “The Behavior of One-story Reinforced Concrete Shear Walls,” Journal of Structural Division, ASCE, Vol. 83, No. 3, pp. 1-49. (1957).
22.ASCE working group on stiffness of concrete shear wall structures of the nuclear structures committee of the dynamic effects committee of the structural division (ASCE), “Stiffness of Low Rise Reinforced Concrete Shear Walls,” American Society of Civil Engineers, ISBN 0-7844-0060-1, New York, 196. (1994).
23.邱聰智，「碳纖FRP在鋼筋混凝土牆之耐震補強研究」，碩士論文，國立台灣科技大學營建工程系，台北，民國九十一年。
24.日本建築學會，「鐵筋コソクリート造建物の耐震能評価指針(案)・同解說(Guidelines for Performance Evaluation of Earthquake Resistant Reinforced Concrete Buildings (Draft) 」，日本建築學會，2004 年。
25.葉永信，「鋼筋混凝土牆之碳纖FRP耐震補強研究」，碩士論文，國立台灣科技大學營建工程系，台北，民國九十年。
26.Priestley, M.J.N., Verma, R., and Xiao, Y., “Seismic Shear Strength of Reinforced Concrete Columns”, Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 120, No.8, pp. 2310-2329(1994).
27.羅俊雄，簡文郁，廖文義，「含RC牆建築物之耐震能力評估研究」，中華民國第七屆結構工程研討會，中壢（2004）。
28.CSI, “SAP2000：Integrated Finite Element Analysis and Design of Structures”, Computers and Structures, Inc., Berkely, California,(1996).
29.蘇侯傑、林炳昌，「修正ATC-40 於受損建築物之耐震能力分析」，結構工程，第十九卷，第三期，民國93 年9 月，頁69-84。
30.王力行，「非韌性鋼筋混凝土構造建築物之梁柱構件塑鉸性質推算及耐震能力評估」碩士論文，私立中原大學，中壢，民國九十三年。