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研究生:陳水柱
研究生(外文):Shui-ChuChen
論文名稱:以ASD法與LRFD法設計鋼結構建築之實例研究
論文名稱(外文):A Case Study of Steel Building Design Using ASD and LRFD Methods
指導教授:鍾興陽
指導教授(外文):Hsin-Yang Chung
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:土木工程學系專班
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:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:262
中文關鍵詞:容許強度設計法極限設計法鋼骨大樓結構設計耐震設計風力設計
外文關鍵詞:Allowable Strength DesignLoad and Resistance Factor DesignSteel Multi-Story BuildingStructural DesignSeismic DesignWind Design
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本論文以三棟不同樓高(七層樓、十四層樓、二十一層樓)且規則型的中型SMRF鋼骨大樓建築為結構設計範例,依據我國建築結構設計相關法規,採用AISC 2005年版的鋼構設計規範作為構件設計準則,三棟鋼骨建築範例分別以AISC 2005年版的容許強度設計法(ASD)與極限設計法(LRFD)來進行純鋼骨構架之結構設計,並比較此兩種設計法設計結果之差異。
依照我國耐震設計規範,七層樓與十四層樓鋼骨建築範例採用靜力分析設計,二十一層鋼骨建築範例則採用動力分析設計,並將其總橫力調整至靜力分析時總橫力之90%。由本論文三棟鋼骨建築範例的「初步設計結果」顯示,用LRFD法設計較ASD法平均節省總用鋼量約8.83%;「初步設計結果」再經過「實際施工便利性」、「斜撐效應」與「強柱弱梁」檢核而調整梁柱斷面得到「完成設計結果」,而「完成設計結果」顯示,七層樓與二十一層樓鋼骨建築範例,以LRFD法設計較ASD法平均節省總用鋼量約7.72%,而十四層樓鋼骨建築範例以LRFD法設計所節省的用鋼量更高。

This thesis utilized three middle-sized and regular-shaped steel SMRF multi-story buildings, which were 7-story, 14-story and 21-story high respectively, as the structural design examples. In addition to follow our country’s building design codes, the structural designs of the three steel buildings adopted Allowable Strength Design (ASD) and Load and Resistance Factor Design (LRFD) in 2005 AISC Specification for Structural Steel Buildings. Each steel building was designed by ASD and LRFD and the results from these two structural design methods were compared in this study.
According to our country’s seismic design code, the 7-story and 14-story buildings were analyzed and designed by Static Lateral Force Method. The 21-story building was analyzed and designed by Dynamic Method and the base shear force was scaled to match 90% of the base shear force from Static Lateral Force Method. The “prelminary design results” of the three steel buildings showed that, as compared to ASD, LRFD could averagely save about 8.83% in total steel weight. After the beam and column section adjustments from practical construction convenience, bracing effect and strong column-weak beam requirement, the “preliminary design results” were adjusted to the “final design results.” The “final design results” of the the 7-story and 21-story steel buildings showed that, as compared to ASD, LRFD could averagely save about 7.72% in total steel weight. For the design of the 14-story steel building, LRFD could save more steel in weight.

摘要 ……………………………………………………………………………… I
目錄 ……………………………………………………………………………… IV
表目錄 …………………………………………………………………………… VI
圖目錄…………………………………………………………………………… VIII
第一章 緒論………………………………………………………………… 1
1.1 研究動機與背景……………………………………………………… 1
1.2 研究目的……………………………………………………………… 2
1.3 研究方法……………………………………………………………… 4
1.4 論文架構……………………………………………………………… 6
第二章 文獻回顧…………………………………………………………… 9
2.1 前言…………………………………………………………………… 9
2.2 鋼結構比較法之相關研究…………………………………………… 9
第三章 鋼結構設計說明…………………………………………………… 15
3.1 容許應力設計法(ASD) ……………………………………………… 15
3.2 極限設計法(LRFD) …………………………………………………… 17
3.3 AISC 2005年版規範(AISC,2005)……………………………… … 21
3.3.1 前言……………………………………………………………… 21
3.3.2 拉力構件設計(AISC,2005)…………………………………… 23
3.3.3 壓力構件設計(AISC,2005)…………………………………… 25
3.3.4 撓曲構件設計(AISC,2005)…………………………………… 27
3.3.5 構件之剪力設計(AISC,2005)………………………………… 36
3.3.6 受撓曲與軸力構件設計(AISC,2005)………………………… 38
3.3.7 梁與柱構件之設計流程………………………………………… 42
第四章 鋼骨建築構架之結構分析……………………………………… 51
4.1 三維構架模擬………………………………………………………… 51
4.1.1 基本構架尺寸之訂定…………………………………………… 51
4.1.2 載重資料及鋼料規格…………………………………………… 52
4.1.3 STRAP 程式之三維構架模擬…………………………………… 53
4.2 構架荷載計算流程…………………………………………………… 54
4.3 構架之垂直荷載計算………………………………………………… 56
4.3.1 前言……………………………………………………………… 56
4.3.2 靜荷載與活荷載………………………………………………… 56
4.3.3 STRAP 程式之輸入方式………………………………………… 57
4.4 構架地震荷載之靜力分析 …………………………………………… 58
4.4.1 耐震規範最小設計水平總橫力計算…………………………… 58
4.4.2 水平地震力豎向分配…………………………………………… 61
4.4.3 層質心與水平地震力偏心……………………………………… 62
4.4.4 耐震規範垂直地震力計算……………………………………… 65
4.5 構架風荷載之計算…………………………………………………… 69
4.6 構架靜力分析荷載之載重組合說明………………………………… 74
4.7 構架地震荷載之動力分析…………………………………………… 78
4.7.1 結構物反應譜分析模擬………………………………………… 78
4.7.2 振態疊加法……………………………………………………… 84
4.7.3 動力分析求結構物最小地震總橫力…………………………… 85
4.7.4 動力分析求結構物之振態質量………………………………… 87
4.7.5 STRAP程式動力分析設計……………………………………… 88
第五章 設計範例規範檢討………………………………………………… 137
5.1 前言…………………………………………………………………… 137
5.2 鋼骨建築範例之相關規範檢核……………………………………… 138
5.2.1 側向位移檢核…………………………………………………… 138
5.2.2 強柱弱梁檢核…………………………………………………… 140
5.2.3 弱層檢核………………………………………………………… 143
5.3 應力比檢討-斜撐效應………………………………………………… 144
第六章 設計結果之分析與討論…………………………………………… 169
6.1 前言…………………………………………………………………… 169
6.2 七層樓的鋼骨建築範例設計………………………………………… 170
6.3 十四層樓的鋼骨建築範例設計……………………………………… 172
6.4 二十一層樓的鋼骨建築範例設計…………………………………… 174
6.5 鋼骨建築範例設計斷面尺寸………………………………………… 176
第七章 結論………………………………………………………………… 217
參考文獻 ………………………………………………………………………… 225
附錄一 範例構架地震力最小設計水平總橫力計算……………………… 229
附錄二 範例構架之風力計算……………………………………………… 241
自述……………………………………………………………………………… 262

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