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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳美如
研究生(外文):Mei-Ru Chen
論文名稱:抗彎鋼構架設置桁架輔助結構系統之耐震需求研究
論文名稱(外文):A Study on the Seismic Demands of Steel Frames with Compelementary Truss System
指導教授:詹次洚詹次洚引用關係
指導教授(外文):Tysh-Shang Jan
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:土木工程所
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:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:221
中文關鍵詞:新規範高模態效應近斷層
外文關鍵詞:higher mode effectnear-fault earthquakenew seismic code
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當高樓受強震時,最怕高模態效應產生,因為此效應可使樓層層間變位需求過度集中於底部或頂部樓層而造成建築物提早破壞,此時抗震力將會降低。Alavi B.與Krawinkler H.以剪力牆(鉸接於基礎)輔助抗彎矩構架,可以大大降低最大樓層層間變位需求,樓層層間變位角於高樓方向之分佈亦較均勻。但由於剪力牆之設置需要建築物以外的空間土地,所以本研究秉持相同的研究目的與成效,而研究桁架結構輔助系統(改良式基面單一鉸支承),附加於原有的構架,提出有效的改善保護結構系統且有效模態控制的方法及設計程序。
本研究依台灣建築物鋼結構設計新規範設計出10、15、20及30層之三跨鋼構架;收集921集集地震位於車籠埔近斷層附近測站之紀錄共6筆及台中縣市測站之紀錄共8筆;採用SAP2000進行鋼構架系統之非線性歷時分析,來評估加入桁架輔助結構系統地震力作用下之樓層層間變位角在樓層高度方向分佈之狀況。研究結果顯示,置入桁架輔助系統(a=5%及10%)後,各樓層之層間變位角較原有結構者小,且可獲得較佳平均層間變位角需求值,使耐震需求在高度方向更加均勻化,避免高模態效應造成建築物的破壞。
When a tall building is subjected to strong earthquakes, the most undesirable situation is that the higher-mode effect induces excessive seismic inter-story-drift demands in the lower or upper portion of the building, and therefore reduces the earthquake-resisting capability of the building. In order to reduce the maximum story-drift angle of the building, or to have a more homogenous story-drift angle distribution among stories. Alavi B. & Krawinkler H. used shear wall, hinge-connected to frame, and hinge-supported at base, to help the moment resisting frames of the building. Alavi’s method is creative and effective. However, the shear wall was installed outside the building. To attain the same goal, this study replaces the wall by a truss, which can be installed inside the building. In this study, near-fault steel buildings, 3-bay, 10-story, 15-story, 20-story, 30-story, were designed, based on the newly issued Taiwan Seismic code. With the aid of SAP2000 program, Non-linear dynamic simulations have been carried out for frames and frames with complementary truss, separately, by using 14 earthquake date -6 chosen from Chi-Chi near-fault earthquake , and the other 8 from the recording stations in Taichung area. The simulation results show that the story-drift angles of the frames with complementary trusses are less and more homogenous in the vertical direction than that of the original frames. The higher-mode effect is obviously restrained by the complementary trusses.
摘要 I
Abstract II
目錄 III
表目錄 V
圖目錄 VIII
第ㄧ章 緒論 1
1.1研究動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究步驟 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 Alavi B.與Krawinkler H.以剪力牆做為輔助抗彎矩構架 4
2.2台灣地區建築物耐震設計規範之沿革 5
2.2.1新舊規範之比較 5
2.2.2新舊規範之差異討論: 6
2.2.3 九十四年建築物耐震設計新規範設計流程介紹: 7
2.3樓層層間變位角為耐震指標之用意及其廣用之程度 7
2.4 中位數值(median)與分散係數值(dispersion)之介紹: 8
第三章 研究內容與方法 10
3.1現行新規範耐震設計分析 10
3.1.1 靜力分析程序 10
3.1.2 動力分析程序 23
3.2 鋼結構架之建立(10、15、20、30層空構架) 25
3.2.1 10、15、20、30層樓空構架 25
3.2.2 空構架置入桁架輔助結構系統 26
3.3 地震測站選用之分析 27
3.3.1 近車籠埔斷層區域 27
3.3.2 台中縣市(ㄧ般工址區域) 28
3.4 利用SAP2000非線性分析軟體分析鋼結構架 28
3.4.1 不同回歸期之分析 28
3.4.2 線性及非線性歷時分析 29
3.4.3 SAP2000塑性鉸設定介紹 29
3.5 中位數值與分散值應用之說明 30
第四章 研究結果之比較與討論 32
4.1 線性動力歷時分析 32
4.1.1 475年回歸期分析結果 32
4.1.2 2500年回歸期分析結果 35
4.2 非線性動力歷時分析 39
4.2.1 475年回歸期分析結果 39
4.2.2 2500年回歸期分析結果 43
4.3 基本振動週期之結果 47
4.4研究結果之討論 47
4.4.1 抗彎鋼結構架結構系統--空構架 47
4.4.2 抗彎構架增設桁架結構系統--設計增強5% 48
4.4.3 抗彎構架增設桁架結構系統--設計增強10% 48
4.4.4 空構架與增強勁度5%、10%之桁架輔助系統之中位數值比較 49
第五章 結論與建議 50
5.1 結論 50
5.2 建議 51
參 考 文 獻 52
【1】交通部中央氣象局TSMIP測站查詢(Taiwan Strong Motion Instrumentation Program)。http://www.cwb.gov.tw/
【2】李政寬、羅俊雄、辛在勤,“集集地震之地震觀測及強地動分析”,結構工程雜誌, 第十四卷,第三期,第5~28頁,台北市,民國八十八年九月。
【3】溫國樑、羅俊雄、彭瀚毅、劉良方,“集集地震之強地動特性”,結構工程雜誌,第十四卷,第三期,第29~37頁,台北市,民國八十八年九月。
【4】黃慶東,“近斷層地震地動特性與震譜特性之探討” ,結構工程雜誌,第十五卷,第二期,第91~113頁, 台北市,民國八十九年六月。
【5】周東修平,“斷層線附近強地動特性”,結構工程雜誌,第十六卷, 第三期,第73~81頁,台北市,民國九十年九月。
【6】蔡義本、黃明偉、趙曉玲,“1999年9月21日台灣集集大地震的震源與強地動特性初步分析結果”,土木水利雜誌,第二十六卷, 第三期,第5~18頁,台北市,民國八十八年十一月。
【7】「建築物耐震設計規範解說」,內政部建築署,民國九十四年七月。
【8】Alavi B., Krawinkler H., “Behavior of Moment-Resisting Frame Structures Subjected to Near-Fault Ground Motions”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol.33, 2004, pp .687-706.
【9】Alavi B., Krawinkler H., “Strengthening of Moment-Resisting Frame Structures Against Near-Fault Motion Effects”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol.33, 2004, pp .707-722.
【10】Alavi B., Krawinkler H., “Effects of Near-Fault Ground Motions on Frame Structures”, John A. Blume Earthquake Engineering Center Report No.138, Stanford University, February 2001.
【11】Wilson E. L., Habibullah A. ‘SAP2000 integrated finite element analysis and design of structures’, Computers and Structures, Inc., 1998;2005.
【12】Rodriguez-Marek A. “Near-Fault Site Response”.Ph.D. dissertation, Department of Civil and Environmental Engineering, University of California, Berkeley, Fall 2000.
【13】Babak Alavi-Shushtari, Effects of Near-Fault Ground Motions on Frame Structures. Ph.D. dissertation, Department of Civil and Environmental Engineering, University of Stanford, December 2000.
【14】Gupta A., Krawinkler H. ‘estimation of seismic drift demands for frame structures’, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol.29, 2000, pp. 1287-1305.
【15】Gupta A., Krawinkler H. ‘dynamic p-delta effects for flexible inelastic structures.’, Journal of Structural Engineering, ASCE 2000;pp.126(1).
【16】“建築物耐震規範及解說之修訂研究”,內政部建築研究所,民國八十九年十一月。
【17】“鋼構造建築物鋼結構設計技術規範(二)鋼結構極限設計法規範及解說”,內政部營建署,民國九十年元月。
【18】“建築物耐震設計規範及解說” ,內政部營建署,民國九十年七月再版。
【19】蔡益超,“台灣地區建築物耐震設計規範之沿革”,建築結構暨設備耐震設計規範研討會,中興大學,民國九十一年元月。
【20】曾長智,“耐震設計新舊規範最小水平地震總橫力之大小比較,現代營建月刊312。
【21】Iwan, W. D., “Drift Spectrum: Measure of Demand for Earthquake Ground Motions”, Journal of Structural Engineering, Vol. 123, No.4, 1997.
【22】Chintanapakdee C. and Chopra A. K., ‘Evaluation of modal pushover analysis using generic frames’, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol.32, 2003, pp417-442.
【23】詹次洚、劉銘偉、張志遠、林烱岳,“多自由度建築受地震之非線性分析及規範基底剪力之修正”,結構工程雜誌,第20卷,第2期,第13~29頁,94年6月。
【24】詹次洚、劉銘偉、高耿賢、林烱岳,“雙模態側推分析程序”,結構工程雜誌。,第20卷,第3期,第99~121頁,94年9月。
【25】詹次洚、劉銘偉,“耐震設計非彈性多自由度效應之評估及高樓新側推分析程序之研發”,逢甲大學土木暨水利工程研究所 博士論文,民國九十三年。
【26】詹次洚、陳威志,“一般鋼結構架耐震需求之快速評估方法研究”,逢甲大學土木工程學系,碩士學位論文,民國九十四年六月。
【27】林烱岳、陳美如、蔡孟均、詹次洚,“近斷層鋼結構架設置桁架輔助結構系統之耐震需求研究”,中華民國力學學會第廿九屆全國力學會議,民國九十四年十二月。
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1. 【3】溫國樑、羅俊雄、彭瀚毅、劉良方,“集集地震之強地動特性”,結構工程雜誌,第十四卷,第三期,第29~37頁,台北市,民國八十八年九月。
2. 【2】李政寬、羅俊雄、辛在勤,“集集地震之地震觀測及強地動分析”,結構工程雜誌, 第十四卷,第三期,第5~28頁,台北市,民國八十八年九月。
3. 【4】黃慶東,“近斷層地震地動特性與震譜特性之探討” ,結構工程雜誌,第十五卷,第二期,第91~113頁, 台北市,民國八十九年六月。
4. 【5】周東修平,“斷層線附近強地動特性”,結構工程雜誌,第十六卷, 第三期,第73~81頁,台北市,民國九十年九月。
5. 【6】蔡義本、黃明偉、趙曉玲,“1999年9月21日台灣集集大地震的震源與強地動特性初步分析結果”,土木水利雜誌,第二十六卷, 第三期,第5~18頁,台北市,民國八十八年十一月。
6. 【20】曾長智,“耐震設計新舊規範最小水平地震總橫力之大小比較,現代營建月刊312。
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