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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:高子峰
研究生(外文):TZU-FENG KAO
論文名稱:鋼筋混凝土建築物利用非線性推垮分析NCREE程式與試驗模型之比較
論文名稱(外文):A study on the Simulation of the NCREE's Program for the Nonlinear Pushover Analysis and Verifications on In-situ Pushover Experiments for School Buildings
指導教授:林炳昌林炳昌引用關係
指導教授(外文):Bing-Chang Lin
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:土木工程研究所
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:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:227
中文關鍵詞:耐震能力評估推垮分析ETABS現地實體推垮試驗
外文關鍵詞:ETABSSeismic AbilityIn-Situ Pushover TestPushover Test
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摘要

台灣因位於板塊交接處,地震發生頻繁,尤以912集集大地震為近年來影響台灣最嚴重的一次,尤其是校舍結構倒塌及損壞者較多,為了確保學校校舍的安全性,國家地震工程研究中心因此針對中小學校舍發展一套耐震分析的輔助程式及分析方法。
本文首先參考國家地震工程研究中心所進行過的四棟校舍現地實體推垮試驗之成果,並利用地震中心所開發之輔助程式及方法,進行比較且作驗證,希望能使模擬的結果更貼近現地實體推垮試驗之成果。



Abstract

Geographically, earthquake occurs frequently in Taiwan, and 921 earthquakes was the most serious earthquake in recent years. Therefore, NCREE developed an analysis method and a auxiliary program of seismic analysis for junior high schools.
This article refer to the early result of NCREE of in-situ pushover test of school building, and use the NCREE method and NCREE auxiliary program to test and verify. The purpose in this article was made the result of simulation to reach the result in-situ pushover test.



目錄

摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 V
表目錄 XI
圖目錄 XIV

第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 1
1.3 研究內容 3
第二章 非線性靜力分析與容量震譜法耐震能力評估 5
2.1 非線性靜力分析 5
2.2 容量曲線與容量震譜曲線 6
2.3 彈性震譜與非彈性震譜 8
2.4 性能點推算 13
第三章 桿件塑鉸設定方法 15
3.1 前言 15
3.2 RC柱之模擬及塑鉸設定 15
3.2.1 RC柱之模擬 15
3.2.2 RC柱之塑鉸設定 21
3.3 RC梁之模擬及塑鉸設定 23
3.3.1 RC梁之模擬 23
3.3.2 RC梁之塑鉸設定 24
3.4 磚牆之模擬及塑鉸設定 25
3.4.1 磚牆行為之模擬 26
3.4.2 磚牆塑鉸之定義與設置 32
第四章 校舍建築概述 34
4.1 前言 34
4.2 各校舍說明 34
4.2.1 瑞埔國小 34
4.2.2 關廟國小 35
4.2.3 新城國中 35 4.2.4 口湖國小 36
4.2.5 三樓折板屋頂校舍 37
4.2.6 壹樓為風雨教室及通廊用途校舍 37
第五章 校舍案例分析 39
5.1 前言 39
5.2 各案例校舍模擬結果與實體試驗比較 40
5.2.1 瑞埔國小 40
5.2.1.1 瑞埔國小原實體試驗-結果介紹 40
5.2.1.2 瑞埔國小分析模擬結果與實體試驗
-容量曲線圖比較 40
5.2.1.3 瑞埔國小分析模擬結果與實體試驗
-破壞機制比較 41
5.2.1.4 瑞埔國小分析模擬結果-耐震評估 42
5.2.1.5 瑞埔國小-Case1與Case1-1
(業界慣用模擬方法)比較 44
5.2.1.6 瑞埔國小-Case1與Case1-2、
Case1-3(地梁模擬方法)比較 44
5.2.2 關廟國小 45
5.2.2.1 關廟國小原實體試驗-結果介紹 45
5.2.2.2 關廟國小與實體試驗分析模擬結果
-容量曲線圖比較 46
5.2.2.3 關廟國小與實體試驗分析模擬結果
-破壞機制比較 47
5.2.2.4 關廟國小分析模擬結果-耐震評估 48
5.2.2.5 關廟國小-Case1與Case1-1
(業界慣用模擬方法)比較 49
5.2.3 新城國中 49
5.2.3.1 新城國中原實體試驗-結果介紹 49
5.2.3.2 新城國中與實體試驗分析模擬結果
-容量曲線圖比較 50
5.2.3.3 新城國中與實體試驗分析模擬結果
-破壞機制比較 51
5.2.3.4 新城國中分析模擬結果-耐震評估 52
5.2.3.5 新城國中-Case1與Case1-1
(業界慣用模擬方法)比較 53
5.2.4 口湖國小 53
5.2.4.1 口湖國小原實體試驗-結果介紹 53
5.2.4.2 口湖國小與實體試驗分析模擬結果
-容量曲線圖比較 54
5.2.4.3 口湖國小與實體試驗分析模擬結果
-破壞機制比較 55
5.2.4.4 口湖國小分析模擬結果-耐震評估 56
5.2.4.5 口湖國小-Case1與Case1-1
(業界慣用模擬方法)比較 57
5.2.4.6口湖國小- Case2-1與Case1-2比較 57
5.2.5 折板屋頂校舍 57
5.2.5.1 折板屋頂校舍分析模擬結果-容量曲線圖比較 58
5.2.5.2 折板屋頂校舍分析模擬結果-破壞機制比較 58
5.2.5.3 折板屋頂校舍分析模擬結果-耐震評估 59
5.2.6 壹樓為風雨教室及通廊用途校舍 60
5.2.6.1壹樓為風雨教室及通廊用途校舍分析模擬結果
-容量曲線圖比較 60
5.2.6.2壹樓為風雨教室及通廊用途校舍分析模擬結果
-破壞機制比較 61
5.2.6.3壹樓為風雨教室及通廊用途校舍分析模擬結果
-塑鉸與軸力關係延伸探討 61
5.2.6.4壹樓為風雨教室及通廊用途校舍分析模擬結果
-耐震評估 62
第六章 結論與建議 64
6.1 結論 64
6.1.1 容量曲線比較 64
6.1.2 破壞機制比較 64
6.1.3 耐震評估比較 66
6.2 建議 68
參考文獻 69

附錄1壹樓為風雨教室及通廊用途校舍
-Case1之2FC11F彎矩塑鉸手算驗證 207


表目錄

表2.1 一般工址或近斷層區域之工址設計水平譜加速度係數SaD 72
表2.2 結構物行為種類分類 72
表2.3 阻尼修正因子κ對照表 72
表2.4 最小容許SRA與SRV 72
表2.5 阻尼比修正係數 73
表2.6 既有校舍補強對應475年設計地震之性能目標標準 73
表3.1 RC柱彎矩非線性鉸之參數 74
表3.2 RC柱剪力非線性鉸之參數 74
表3.3 RC梁彎矩非線性鉸之參數 74
表3.4 RC梁彎矩非線性鉸參數計算表 75
表3.5 RC梁剪力非線性鉸之參數 75
表3.6 RC梁剪力非線性鉸參數計算表 75
表3.7磚牆等值斜撐軸力非線性鉸參數 76
表4.1瑞埔國小材料強度表 77
表4.2瑞埔國小梁斷面圖 78
表4.3瑞埔國小柱斷面圖 79
表4.4關廟國小材料強度表 80
表4.5關廟國小梁斷面圖(1/2) 81
表4.6關廟國小梁斷面圖(2/2) 82
表4.7關廟國小柱斷面圖 83
表4.8新城國中材料強度表 84
表4.9新城國中梁斷面圖 85
表4.10新城國中柱斷面圖 86
表4.11口湖國小材料強度表 87
表4.12口湖國小梁斷面圖 88
表4.13口湖國小柱斷面圖 89
表4.14折板屋頂校舍材料強度表 90
表4.15折板屋頂校舍梁斷面圖(1/5) 90
表4.16折板屋頂校舍梁斷面圖(2/5) 91
表4.17折板屋頂校舍梁斷面圖(3/5) 92
表4.18折板屋頂校舍梁斷面圖(4/5) 93
表4.19折板屋頂校舍梁斷面圖(5/5) 94
表4.20折板屋頂校舍柱斷面圖 95
表4.21壹樓為風雨教室及通廊用途校舍材料強度表 96
表4.22壹樓為風雨教室及通廊用途校舍梁斷面圖(1/8) 96
表4.23壹樓為風雨教室及通廊用途校舍梁斷面圖(2/8) 97
表4.24壹樓為風雨教室及通廊用途校舍梁斷面圖(3/8) 98
表4.25壹樓為風雨教室及通廊用途校舍梁斷面圖(4/8) 99
表4.26壹樓為風雨教室及通廊用途校舍梁斷面圖(5/8) 100
表4.27壹樓為風雨教室及通廊用途校舍梁斷面圖(6/8) 101
表4.28壹樓為風雨教室及通廊用途校舍梁斷面圖(7/8) 102
表4.29壹樓為風雨教室及通廊用途校舍梁斷面圖(8/8) 103
表4.30壹樓為風雨教室及通廊用途校舍柱斷面圖(1/3) 104
表4.31壹樓為風雨教室及通廊用途校舍柱斷面圖(2/3) 105
表4.32壹樓為風雨教室及通廊用途校舍柱斷面圖(3/3) 106
表5.1瑞埔國小Case2-(A-3)彎矩塑鉸發展 107
表5.2瑞埔國小Case2-(A-5)彎矩塑鉸發展 107
表5.3瑞埔國小Case2-(A-6)彎矩塑鉸發展 108
表5.4瑞埔國小Case2-(C-5)彎矩塑鉸發展 108
表5.5瑞埔國小-最大基底剪力、頂層位移與PGA值比較 109
表5.6瑞埔國小-地盤種類比較表 109
表5.7關廟國小-基底剪力、頂層位移與PGA值比較 110
表5.8關廟國小-地盤種類比較表 110
表5.9新城國中Case2-(C-3)彎矩塑鉸發展 110
表5.10新城國中Case2-(C-6)彎矩塑鉸發展 111
表5.11新城國中-基底剪力、頂層位移與PGA值比較 111
表5.12新城國中-Case2之各步PGA表 112
表5.13新城國中-地盤種類比較表 112
表5.14口湖國小Case2-(A-3)彎矩塑鉸發展 113
表5.15口湖國小Case2-(A-4)彎矩塑鉸發展 113
表5.16口湖國小Case2-(A-5)彎矩塑鉸發展 114
表5.17口湖國小Case2-(C-2)彎矩塑鉸發展 114
表5.18口湖國小Case2-(C-5)彎矩塑鉸發展 115
表5.19口湖國小基底剪力、頂層位移與PGA值比較 115
表5.20口湖國小-地盤種類比較表 115
表5.21折板屋頂校舍Case1-(A-8)彎矩塑鉸發展 116
表5.22折板屋頂校舍Case1-(A-6)彎矩塑鉸發展 116
表5.23折板屋頂校舍Case1-(A-4)彎矩塑鉸發展 117
表5.24折板屋頂校舍Case1-(A-2)彎矩塑鉸發展 117
表5.25折板屋頂校舍Case2-(A-8)彎矩塑鉸發展 118
表5.26折板屋頂校舍Case2-(A-6)彎矩塑鉸發展 118
表5.27折板屋頂校舍Case2-(A-4)彎矩塑鉸發展 119
表5.28折板屋頂校舍Case2-(A-8)彎矩塑鉸發展 119
表5.29折板屋頂校舍-基底剪力、頂層位移與PGA值比較 120
表5.30壹樓為風雨教室及通廊用途校舍
-Case1之1樓柱A構架-軸力、塑鉸比較 120
表5.31壹樓為風雨教室及通廊用途校舍
-Case1之1樓柱C構架-軸力、塑鉸比較 121
表5.32壹樓為風雨教室及通廊用途校舍
-軸力與混凝土抗壓強度與塑鉸發展比較 121
表5.33壹樓為風雨教室及通廊用途校舍
-基底剪力、頂層位移與PGA值比較 122
表6.1 各本文各案例建物Case1-1與Case2之Ap值比較 123


圖目錄

圖2.1 側推分析之容量曲線 124
圖2.2 容量曲線轉換ADRS格式 124
圖2.3 容量震譜雙線性化 125
圖2.4 ATC-40之彈性反應譜 125
圖2.5 我國耐震規範之彈性反應譜 126
圖2.6 彈性反應譜轉換ADRS格式 126
圖2.7 等效黏滯阻尼與容量反應譜關係圖 127
圖2.8 能量消散圖 128
圖2.9 彈性反應譜折減至非彈性反應譜示意圖 128
圖3.1 雙曲率柱受力變形圖 129
圖3.2 雙曲率柱破壞發展過程 129
圖3.3 折減90˚彎鉤變位角修正係數K' 130
圖3.4 撓剪破壞側向載重位移曲線 130
圖3.5 剪力破壞側向載重位移曲線 131
圖3.6 撓曲破壞側向載重位移曲線 131
圖3.7 剪力裂縫角度與主應力關係圖 132
圖3.8 RC柱彎矩非線性鉸性質與側向載重位移曲線 132
圖3.9 RC柱剪力非線性鉸性質與側向載重位移曲線 133
圖3.10 ASCE 41-06建議之RC梁非線性鉸載重位移曲線 133
圖3.11 各式磚牆砌法及臨界破壞角 134
圖3.12 磚牆之側向載重位移曲線 134
圖3.13 磚牆之等值斜撐模式 135
圖3.14 磚牆等值斜撐之軸力非線性鉸性質 135
圖4.1瑞埔國小1F建築平面圖 136
圖4.2瑞埔國小2F建築平面圖 136
圖4.3瑞埔國小2F結構平面圖 137
圖4.4瑞埔國小RF結構平面圖 137
圖4.5關廟國小1F及2F建築平面圖 138
圖4.6關廟國小2F結構平面圖 138
圖4.7關廟國小RF結構平面圖 139
圖4.8新城國中1F建築平面圖 139
圖4.9新城國中2F建築平面圖 140
圖4.10新城國中2F及RF結構平面圖 140
圖4.11口湖國小1F建築平面圖 141
圖4.12口湖國小2F建築平面圖 141
圖4.13口湖國小2F結構平面圖 142
圖4.14口湖國小RF結構平面圖 142
圖4.15 折板屋頂校舍立體示意圖 143
圖4.16 折板屋頂校舍2-RF樓建築平面圖 143
圖4.17 折板屋頂校舍2-3F樓結構平面圖 143
圖4.18 折板屋頂校舍RF樓結構平面圖 144
圖4.19壹樓為風雨教室及通廊用途校舍1F建築平面圖 145
圖4.20壹樓為風雨教室及通廊用途校舍2F建築平面圖 145
圖4.21壹樓為風雨教室及通廊用途校舍3F建築平面圖 145
圖4.22壹樓為風雨教室及通廊用途校舍4F建築平面圖 145
圖4.23壹樓為風雨教室及通廊用途校舍RF建築平面圖 145
圖4.24壹樓為風雨教室及通廊用途校舍2F結構平面圖 146
圖4.25壹樓為風雨教室及通廊用途校舍3F結構平面圖 146
圖4.26壹樓為風雨教室及通廊用途校舍4F結構平面圖 146
圖4.27壹樓為風雨教室及通廊用途校舍RF結構平面圖 146
圖5.1瑞埔國小破壞前照片 147
圖5.2瑞埔國小破壞後照片 147
圖5.3瑞埔國小1F建築平面圖 148
圖5.4瑞埔國小2F結構平面圖 148
圖5.5瑞埔國小現地實驗破壞時各柱表現 149
圖5.6瑞埔國小現地實驗破壞時各柱表現 150
圖5.7瑞埔國小實體試驗容量曲線與相對應之譜加速度圖 151
圖5.8瑞埔國小容量曲線比較圖(Case0~2) 151
圖5.9瑞埔國小容量曲線比較圖(Case1與Case1-1) 152
圖5.10瑞埔國小容量曲線比較圖(Case1與Case1-2及Case1-3) 152
圖5.11瑞埔國小Case 0破壞機制圖(負X方向最大基底剪力) 153
圖5.12瑞埔國小Case 1破壞機制圖(負X方向最大基底剪力) 154
圖5.13瑞埔國小Case 2破壞機制圖(負X方向最大基底剪力) 155
圖5.14瑞埔國小Case 1-1破壞機制圖(負X方向最大基底剪力) 156
圖5.15瑞埔國小Case 1-2破壞機制圖(負X方向最大基底剪力) 157
圖5.16瑞埔國小Case 1-3破壞機制圖(負X方向最大基底剪力) 158
圖5.17關廟國小破壞前照片 159
圖5.18 (a) 關廟國小破壞後照片正面 159
(b) 關廟國小破壞後照片背面 159
圖5.19關廟國小1F建築平面圖 160
圖5.20關廟國小2F結構平面圖 160
圖5.21關廟國小現地實驗破壞時各柱表現 161
圖5.22關廟國小現地實驗破壞時各柱表現 162
圖5.23關廟國小實體試驗容量曲線與相對應之譜加速度圖 163
圖5.24關廟國小容量曲線比較圖(Case0~Case2-2) 163
圖5.25關廟國小容量曲線比較圖(Case1與Case1-1) 164
圖5.26關廟國小Case2-2模擬示意圖 164
圖5.27關廟國小Case 0破壞機制圖(負X方向最大基底剪力) 165
圖5.28關廟國小Case 1破壞機制圖(負X方向最大基底剪力) 166
圖5.29關廟國小Case 2破壞機制圖(負X方向最大基底剪力) 167
圖5.30關廟國小Case 2-1破壞機制圖(負X方向最大基底剪力) 168
圖5.31關廟國小Case 2-2破壞機制圖(負X方向最大基底剪力) 169
圖5.32關廟國小Case 1-1破壞機制圖(負X方向最大基底剪力) 170
圖5.33新城國中破壞前照片 171
圖5.34新城國中破壞後照片 171
圖5.35新城國中1F建築平面圖 172
圖5.36新城國中2F結構平面圖 172
圖5.37新城國中現地實驗破壞時各柱表現 173
圖5.38新城國中現地實驗破壞時各柱表現 174
圖5.39新城國中現地實驗破壞時各柱表現 175
圖5.40新城國中現地實驗破壞時各柱表現 176
圖5.41新城國中現地實驗破壞時各柱表現 177
圖5.42新城國中現地實驗破壞時各柱表現 178
圖5.43新城國中實體試驗容量曲線與相對應之譜加速度圖 178
圖5.44新城國中容量曲線比較圖(Case0~Case2) 179
圖5.45新城國中容量曲線比較圖(Case與Case1-1) 179
圖5.46新城國中Case2容量曲線與譜加速度比較圖 180
圖5.47新城國中Case0破壞機制圖(負X方向最大基底剪力) 181
圖5.48新城國中Case1破壞機制圖(負X方向最大基底剪力) 182
圖5.49新城國中Case2破壞機制圖(負X方向最大基底剪力) 183
圖5.50新城國中Case1-1破壞機制圖(負X方向最大基底剪力) 184
圖5.51口湖國小破壞前照片 185
圖5.52口湖國小破壞後照片 185
圖5.53口湖國小1F建築平面圖 186
圖5.54口湖國小2F結構平面圖 186
圖5.55口湖國小現地實驗破壞時各柱表現 187
圖5.56口湖國小現地實驗破壞時各柱表現 188
圖5.57口湖國小現地實驗破壞時各柱表現 189
圖5.58口湖國小實體試驗容量曲線與相對應之譜加速度圖 190
圖5.59口湖國小容量曲線比較圖(Case0~2-1) 190
圖5.60口湖國小容量曲線比較圖(Case1與Case1-1) 191
圖5.61口湖國小容量曲線比較圖(Case1-2與Case2-1) 191
圖5.62口湖國小case0破壞機制圖(負X方向最大基底剪力) 192
圖5.63口湖國小case1破壞機制圖(負X方向最大基底剪力) 193
圖5.64口湖國小case2破壞機制圖(負X方向最大基底剪力) 194
圖5.65口湖國小Case 2-1破壞機制圖(負X方向最大基底剪力) 195
圖5.66口湖國小Case 1-1破壞機制圖(負X方向最大基底剪力) 196
圖5.67口湖國小Case 1-1破壞機制圖(負X方向最大基底剪力) 197
圖5.68折板屋頂校舍1F建築平面圖 198
圖5.69折板屋頂校舍2F結構平面圖 198
圖5.70折板屋頂校舍容量曲線比較圖(Case0~Case2) 199
圖5.71折板屋頂校舍-Case 0破壞機制圖(正X方向最大基底剪力) 200
圖5.72折板屋頂校舍-Case 1破壞機制圖(正X方向最大基底剪力) 201
圖5.73折板屋頂校舍-Case 2破壞機制圖(正X方向最大基底剪力) 202
圖5.74壹樓為風雨教室及通廊用途校舍2F結構平面圖 203
圖5.75壹樓為風雨教室及通廊用途校舍2F結構平面圖 203
圖5.76壹樓為風雨教室及通廊用途校舍-容量曲線比較圖(Case0~Case2) 203
圖5.77壹樓為風雨教室及通廊用途校舍
-Case0破壞機制圖(正X方向最大基底剪力) 204
圖5.78壹樓為風雨教室及通廊用途校舍
-Case1破壞機制圖(正X方向最大基底剪力) 205
圖5.79壹樓為風雨教室及通廊用途校舍
-Case2破壞機制圖(正X方向最大基底剪力) 206




參考文獻

[1]Freeman, S. A., Nicoletti, J. P., and Tyrell, J. V., “Evaluations of Existing Buildings for Seismic Risk - A Case Study of Puget Sound Naval Shipyard, Bremerton, Washington,” National Earthquake Conference, Berkeley, pp. 113-122, 1975.
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[10]邱耀正、施健泰、蕭輔沛、邱聰智、阮鈞平、黃世建,「校舍建築RC擴柱補強現地試驗與分析」,國家地震工程研究中心研究報告,報告編號:NCREE-08-033,臺北 (2008)。
[11]江文卿、邱聰智、蕭輔沛、杜怡萱、簡文郁、葉勇凱、鍾立來、黃世建,「花蓮縣新城國中校舍現地實驗-靜態單向側推」,國家地震工程研究中心研究報告,編號NCREE-08-008,臺北 (2008)。
[12]江文卿、邱聰智、蕭輔沛、杜怡萱、簡文郁、葉勇凱、鍾立來、黃世建,「雲林縣口湖國小校舍現地靜態推垮實驗」,國家地震工程研究中心研究報告,報告編號:NCREE-08-044,臺北 (2008)。
[13]鍾立來、葉勇凱、簡文郁、蕭輔沛、沈文成、邱聰智、周德光、趙宜峰、楊耀昇、涂耀賢、柴駿甫、黃世建、孫啟祥,「校舍結構耐震評估與補強技術手冊第二版」,國家地震工程研究中心技術報告,NCREE-09-023,台北,2009。
[14]林炳昌、蕭輔沛、曾立明,『鋼筋混凝土建築物非線性推垮分析NCREE程式應用之驗證』,報告編號:CE-0693。
[15]FEMA 440, Improvement of nonlinear static seismic analysis procedures, Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C., 2004.
[16]內政部,「建築物耐震設計規範及解說」,台北,2006年。
[17]Elwood, K. J., and Moehle, J. P., “Drift capacity of reinforced concrete columns with light transverse reinforcement,” Earthquake Spectra, Vol. 21, No. 1, 71-89, 2005.
[18]Elwood, K. J., and Moehle, J. P., “Axial capacity model for shear damaged columns,” ACI Structural Journal, Vol. 102, No. 4, 578-587, 2005.
[19]Moehle, J. P.; Elwood, K. J.; and Sezen, H., “Gravity Load Collapse of Building Frames during Earthquakes,” S. M. Uzumeri Symposium: Behavior and Design of Concrete Structures for Seismic Performance, SP-197, S. A. Sheikh and O. Bayrak, eds., American Concrete Institute, Farmington Hills, pp. 215-238, Mich., 2002.
[20]ACI Committee 318, Building code requirements for structural concrete (ACI 318-05) and commentary (ACI 318R-05). American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 2005.
[21]ASCE 41-06, Seismic Rehabilitation of Existing Buildings by American Society of Civil Engineers, ASCE, 2006.
[22]內政部,「建築物磚構造設計及施工規範」,台北,2008年。
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[24]張文德,「磚牆及含磚牆RC 構架之耐震試驗分析與應用」,國立成功大學建築研究所博士論文,許茂雄教授指導,1996年。

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