臺灣博碩士論文加值系統

施工架系統為結構工程不可或缺之臨時結構物，本文利用目前已有規範與相關文獻來分析施工架承載能力。本文模擬台灣常見之鋼管施工鷹架進行側推分析與挫屈分析能力評估。參考國家標準CNS 4750 A2067以及安全衛生法規；並利用ETABS與SAP2000結構分析程式與相關文獻的挫屈實驗結果進行比較，以確認分析之準確性。再針對鋼管施工鷹架相關之載重組合分析其挫屈載重與側推之極限承載力，並選取側推承載力與挫屈載重表現都良好之構架，進行多層多跨之側推分析。建議工程實務中鋼管施工鷹架採用簡易型之門型構架單元。

The scaffold system is indispensable to the temporary structure in structural engineering. Scaffold’s load-carrying capacities were analyzed by using the existed standard and examples in related literatures. In this study, the steel pipe scaffolds were simulated by pushover analysis and buckling analysis to estimate their capacities. According to National Standard of the Republic of China, CNS 4750, A2067 and Safety and Health Law, the related buckling experiment results in literatures were compared by ETABS and SAP 2000 analyses to make sure the accuracy of the analyses. By using different load combination, steel pipe scaffolds’ buckling load and limit load were analyzed. Then, the model having the good behavior in buckling and pushover analyses were chosen. The multiple-story and multiple-bay structures with the chosen model were used in pushover analyses. The simple type of scaffold is suggested to be adopted in construction engineering.

目錄
中文摘要 ................................................................................................................I
ABSTRACT ........................................................................................................ II
致 謝 .............................................................................................................. III
目錄 ..................................................................................................................... IV
表目錄 ................................................................................................................. IV
圖目錄 ................................................................................................................. IV
第壹章 緒論 ......................................................................................................... 1
壹、一研究動機 ............................................................................................ 1
壹、二研究目的 ............................................................................................ 5
壹、三研究方法 ............................................................................................ 5
壹、四研究內容 ............................................................................................ 5
壹、五文獻回顧 ............................................................................................ 8
第貳章 結構分析程式簡介與設計規範 ........................................................... 10
前言 .............................................................................................................. 10
貳、一 結構分析程式簡介 ........................................................................ 10
貳、一、1 結構分析程式簡介-ETABS V9.5 ...................................... 10
貳、一、2 結構分析程式簡介-SAP2000 V12 .................................... 12
貳、一、3 側推理論分析簡介(Pushover Analysis) ............................ 13
貳、一、4 P-△(Delta)效應 ................................................................... 13
貳、一、5 構架元素(Frame) ................................................................ 14
貳、一、6 線性挫屈分析（Linear Buckling Analysis）.................... 16
貳、一、7 塑性鉸設定介紹 ................................................................. 17
貳、一、8 結構分析程式簡介-SAP2000 V7 ...................................... 17
貳、二 設計規範 ........................................................................................ 19
貳、二、1 設計規範-國家標準簡介CNS 4750 A2067 ...................... 19
貳、二、2 安全衛生法規-營造安全衛生設施標準 ........................... 23
貳、三 小結 ................................................................................................ 30
第參章 實例案例驗證 ....................................................................................... 31
前言 .............................................................................................................. 31
參、一 特點概述 ...................................................................................... 31
參、一、1 SAP2000 V12 特點概述 .................................................... 31
參、一、2 ETABS V9.5 特點概述 ...................................................... 32
參、二 實例分析比較-側推分析 ............................................................. 32
參、二、1 二維鋼柱分析-側推分析 ................................................... 32
參、二、2 門型鋼構架分析-側推分析 ............................................... 37
參、三 實例分析比較-挫屈分析 ............................................................. 41
參、三、1 歐拉彈性挫屈公式-挫屈分析 ........................................... 41
參、三、2 實例分析比較-門型構架分析-挫屈分析 .......................... 43
參、三、3 框式施工鷹架實際案例驗證-挫屈分析 ........................... 44
參、四 小結 ................................................................................................ 47
第肆章 鋼管施工鷹架分析 ............................................................................... 49
肆、一 常見鋼管施工鷹架介紹 .............................................................. 49
肆、二 現況程式模擬分析 ...................................................................... 49
肆、二、1 門型單元鋼管施工鷹架-側推分析 ................................... 49
肆、二、2 門型單元鋼管施工鷹架-挫屈分析 ................................... 69
肆、二、3 框式施工鷹架-挫屈分析 ................................................... 90
肆、三 多層多跨度鋼管施工鷹架模擬-側推分析 ................................ 93
肆、四 小結 ............................................................................................ 105
第伍章 結論與建議 ......................................................................................... 106
伍、一 結論 ............................................................................................ 106
伍、二 建議 ............................................................................................ 116
參考文獻 ........................................................................................................... 117
表目錄
表壹、1 施工架倒塌案例 ................................................................................... 1
表貳、1 各元件的相關材質及尺度許可差 ..................................................... 20
表貳、2 立架的外部尺寸 ................................................................................ 22
表貳、3 立架的加勁鋼材位置相關表 ........................................................... 22
表貳、4 交叉拉桿垮距及高度 ......................................................................... 23
表貳、5 間距原則 ............................................................................................. 28
表參、1 節點邊界束制條件之設定 ................................................................. 37
表參、2 節點束制之邊界條件設定 ................................................................. 41
表參、3 門型構架理論公式值與SAP2000 分析值比較 ............................... 44
表參、4 相關鋼管管徑尺寸 ............................................................................. 45
表參、5 各文獻框式施工鷹架實驗質與本文模擬挫屈載重值比較............. 46
表肆、1 立架的外部尺寸 ................................................................................ 49
表肆、2 邊界條件 ............................................................................................ 52
表肆、3 簡易型橫向載重H 收斂值 ................................................................ 52
表肆、4 π 型橫向載重H 收斂值...................................................................... 53
表肆、5 拱型橫向載重H 收斂值 ................................................................... 53
表肆、6 簡易型破壞時軸力、剪力、彎矩檢核 ............................................. 64
表肆、7 拱型破壞時軸力、剪力、彎矩檢核 .................................................. 65
表肆、8 π 型破壞時軸力、剪力、彎矩檢核 ................................................... 65
表肆、9 相同垂直加載(0.6Py) ，不同程式比較 ............................................ 68
表肆、10 邊界條件 ........................................................................................... 73
表肆、11 簡易型破壞時軸力、剪力、彎矩檢核 ............................................ 85
表肆、12 拱型破壞時軸力、剪力、彎矩檢核 ................................................ 86
表肆、13 π 型破壞時軸力、剪力、彎矩檢核 ................................................. 86
表肆、14 標準型破壞時軸力、剪力、彎矩檢核 ............................................ 87
表肆、15 鋼管管壁為C1-2.5mm，C2-2.0mm 挫屈分析值 ........................... 88
表肆、16 鋼管管壁為C1-2.0mm，C2-2.0mm 挫屈分析值 ........................... 89
表肆、17 挫屈分析值比較 ................................................................................ 89
表肆、18 桿件材料斷面 ................................................................................... 90
表肆、19 交叉拉桿跨距與高度 ....................................................................... 93
表肆、20 挫屈分析係數比較 ............................................................................ 93
圖目錄
圖壹、1 鋼管施工鷹架與其他混合組搭支撐倒塌現場 .................................... 2
圖壹、2 鋼管施工鷹架倒塌現場 ........................................................................ 2
圖壹、3 鋼管施工鷹架倒塌現場 ........................................................................ 3
圖壹、4 鋼管施工鷹架倒塌現場 ........................................................................ 3
圖壹、5 鋼管施工鷹架倒塌現場 ........................................................................ 4
圖壹、6 鋼管施工鷹架倒塌現場 ........................................................................ 4
圖壹、7 研究流程圖 ............................................................................................ 7
圖貳、1 ETABS V9.5 設定非線性鉸參數介面(M3) ...................................... 11
圖貳、2 FEMA 273 設定非線性塑性鉸性質曲線的參數圖 .......................... 12
圖貳、3 P-Δ(Delta) 效應示意圖 ..................................................................... 14
圖貳、4 軸力和扭轉作用示意 ......................................................................... 15
圖貳、5 彎矩和剪力作用在1-2 平面示意圖 .................................................. 15
圖貳、6 彎矩和剪力作用在1-3 平面示意圖 ................................................. 15
圖貳、7 節點局部座標圖 .................................................................................. 16
圖貳、8 鋼構件軸力-位移曲線圖 .................................................................... 17
圖貳、9 鋼構件受彎矩-轉角曲線圖 ................................................................ 18
圖貳、10 鋼構件受剪力-位移曲線圖 .............................................................. 18
圖貳、11 SAP2000 V12 程式內建塑性鉸種類 ............................................... 19
圖貳、12 加勁材安裝位置圖例 ........................................................................ 22
圖貳、13 標準型立架 ........................................................................................ 23
圖貳、14 簡易型立架 ........................................................................................ 23
圖參、1 二維鋼柱分析圖 .................................................................................. 33
圖參、2ETABS V9.5 鋼柱尺寸圖 .................................................................... 33
圖參、3ETABS V9.5 材料彈性模數 ................................................................ 34
圖參、4SAP2000 V12 鋼柱尺寸圖 ................................................................... 34
圖參、5SAP2000 V12 材料彈性模數 ............................................................... 35
圖參、6 二維鋼柱載重-位移圖 ........................................................................ 36
圖參、7 門型鋼構架圖 ...................................................................................... 38
圖參、8ETABS V9.5 鋼柱尺寸圖 .................................................................... 38
圖參、9ETABS V9.5 材料彈性模數 ................................................................ 39
圖參、10SAP2000 V12 鋼柱尺寸圖 ................................................................. 39
圖參、11SAP2000 V12 材料彈性模數 ............................................................. 40
圖參、12 門型鋼構架載重-位移曲線 .............................................................. 41
圖參、13 兩端鉸接之彈性柱 ........................................................................... 42
圖參、14 門型構架外型尺寸示意圖 ............................................................... 43
圖參、15 SAP2000 門型構架挫屈變形圖 ....................................................... 44
圖參、16 SAP2000 框式施工架垂直加載示意圖 .......................................... 46
圖參、17 SAP2000 框式施工鷹架挫屈變形圖 .............................................. 47
圖肆、1 常見立架型式 ..................................................................................... 49
圖肆、2 現實中之形狀...................................................................................... 50
圖肆、3 拱型彎曲桿件不同段之承載力比較 ................................................. 50
圖肆、4 簡易型桿件編號 ................................................................................. 51
圖肆、5 π 型桿件編號 ...................................................................................... 51
圖肆、6 拱型桿件編號...................................................................................... 53
圖肆、7 監測位移點位-側推方向向X 方向 ................................................... 53
圖肆、8 簡易型鋼管施工鷹架加載的點位圖 ................................................. 55
圖肆、9 π 型鋼管施工鷹架加載的點位圖 ...................................................... 56
圖肆、10 拱型鋼管施工鷹架加載的點位圖 ................................................... 56
圖肆、11 ETABS V9.5 材料性質(彈性模數與降伏應力) ............................... 57
圖肆、12 ETABS V9.5 鋼管直徑(C1=腳柱及橫材) ....................................... 57
圖肆、13 ETABS V9.5 鋼管直徑(C2=加勁材) ................................................ 58
圖肆、14 SAP2000 v7 材料性質(彈性模數與降伏應力) ................................ 58
圖肆、15 SAP2000 v7 鋼管直徑(FSEC2=腳柱及橫材) .................................. 59
圖肆、16 SAP2000 v7 鋼管直徑(FSEC3=加勁材) .......................................... 59
圖肆、17 簡易型分析破壞時變形及塑性鉸分佈圖 ........................................ 60
圖肆、18 簡易型水平加載最大時軸力圖 ....................................................... 61
圖肆、19 簡易型水平加載最大時剪力圖 ....................................................... 61
圖肆、20 簡易型水平加載最大時彎矩圖 ....................................................... 62
圖肆、21 拱型分析破壞時變形及塑性鉸分佈圖 ........................................... 62
圖肆、22 拱型水平加載最大時軸力圖 ........................................................... 63
圖肆、23 拱型水平加載最大時剪力圖 ........................................................... 63
圖肆、24 拱型水平加載最大時彎矩圖 ........................................................... 64
圖肆、25 π 型分析破壞時變形及塑性鉸分佈圖 ............................................. 64
圖肆、26 π 型水平加載最大時軸力圖 ............................................................. 65
圖肆、27 π 型水平加載最大時剪力圖 ............................................................. 65
圖肆、28 π 型水平加載最大時彎矩圖 ............................................................. 66
圖肆、29 ETABS 簡易型在不同垂直加載下所得到的載重-位移曲線 ......... 68
圖肆、30 ETABS 拱型在不同垂直加載下所得到的載重-位移曲線 ............. 68
圖肆、31 ETABSπ 型在不同垂直加載下所得到的載重-位移曲線 ............... 69
圖肆、32 ETABS 簡易型762-1725mm 在不同垂直加載下所得到的載重-位移
曲線 ..................................................................................................................... 69
圖肆、33 ETABS 在不同尺寸、垂直加載下所得到的載重-位移曲線 ......... 70
圖肆、34ETABS 相同P(0.6Py)不同模型載重-位移曲線圖比較 ................... 71
圖肆、35 簡易型桿件編號 ................................................................................ 72
圖肆、36 拱型桿件編號 .................................................................................... 73
圖肆、37 π 型桿件編號 ..................................................................................... 74
圖肆、38 標準型桿件編號 ................................................................................ 75
圖肆、39 簡易型鋼管施工鷹架加載的點位圖 ................................................ 76
圖肆、40 拱型鋼管施工鷹架加載的點位圖 .................................................... 76
圖肆、41 π 型鋼管施工鷹架加載的點位圖 ..................................................... 77
圖肆、42 標準型鋼管施工鷹架加載的點位圖 ................................................ 77
圖肆、43 SAP2000 V12 鋼管直徑(C1=腳柱及橫材) ...................................... 78
圖肆、44 SAP2000 V12 鋼管直徑(C1=腳柱及橫材) ...................................... 78
圖肆、45 SAP2000 V12 鋼管直徑( C2=加勁材) ............................................. 79
圖肆、46 簡易型分析破壞時變形圖 ................................................................ 79
圖肆、47 簡易型水平加載最大時軸力圖 ........................................................ 80
圖肆、48 簡易型水平加載最大時剪力圖 ........................................................ 80
圖肆、49 簡易型水平加載最大時彎矩圖 ........................................................ 81
圖肆、50 拱型分析破壞時變形圖 .................................................................... 81
圖肆、51 拱型水平加載最大時軸力圖 ............................................................ 82
圖肆、52 拱型水平加載最大時剪力圖 ............................................................ 82
圖肆、53 拱型水平加載最大時彎矩圖 ............................................................ 83
圖肆、54 π 型分析破壞時變形圖 ..................................................................... 83
圖肆、55 π 型水平加載最大時軸力圖 ............................................................. 84
圖肆、56 π 型水平加載最大時剪力圖 ............................................................. 84
圖肆、57 π 型水平加載最大時彎矩圖 ............................................................. 85
圖肆、58 標準型分析破壞時變形圖 ................................................................ 85
圖肆、59 標準型水平加載最大時軸力圖 ........................................................ 86
圖肆、60 標準型水平加載最大時剪力圖 ........................................................ 86
圖肆、61 標準型水平加載最大時彎矩圖 ........................................................ 87
圖肆、62 有交叉拉桿、無側桿 ....................................................................... 93
圖肆、63 無交叉拉桿、無側桿 ....................................................................... 93
圖肆、64 有交叉拉桿、側桿 ............................................................................ 94
圖肆、65 加載示意圖 ........................................................................................ 94
圖肆、66 框式施工鷹架模型1 層1 跨 ........................................................... 96
圖肆、67 框式施工鷹架模型2 層1 跨 ........................................................... 97
圖肆、68 框式施工鷹架模型3 層1 跨 ........................................................... 97
圖肆、69 框式施工鷹架模型4 層1 跨 ........................................................... 98
圖肆、70 框式施工鷹架模型5 層1 跨 ........................................................... 99
圖肆、71 框式施工鷹架模型1 層2 跨 ......................................................... 100
圖肆、72 框式施工鷹架模型5 層2 跨 ......................................................... 100
圖肆、73 框式施工鷹架模型1 層3 跨 ......................................................... 101
圖肆、74 框式施工鷹架模型5 層3 跨 ......................................................... 101
圖肆、75 加載方式-強軸(-Y 方向) ................................................................ 102
圖肆、76 監測位移點位-強軸(-Y 方向)........................................................ 102
圖肆、77 加載方式-弱軸(-X 方向) ................................................................ 103
圖肆、78 監測位移點位-弱軸(-X 方向)......................................................... 103
圖肆、79 ETABS V9.5 材料性質(彈性模數與降伏應力) ............................. 104
圖肆、80 ETABS V9.5 鋼管直徑(C1=腳柱及橫材) ..................................... 104
圖肆、81 ETABS V9.5 鋼管直徑(C2=加勁材) .............................................. 105
圖肆、82 ETABS V9.5 交叉拉桿 .................................................................... 105
圖肆、83 1 層1 跨分析破壞時變形及塑性鉸分佈圖 ................................ 106
圖肆、84 2 層1 跨分析破壞時變形及塑性鉸分佈圖 ................................ 106
圖肆、85 3 層1 跨分析破壞時變形及塑性鉸分佈圖 ................................ 107
圖肆、86 4 層1 跨分析破壞時變形及塑性鉸分佈圖 ................................ 108
圖肆、87 5 層1 跨分析破壞時變形及塑性鉸分佈圖 ................................ 109
圖肆、88 1 層2 跨分析破壞時變形及塑性鉸分佈圖 ................................ 110
圖肆、89 5 層2 跨分析破壞時變形及塑性鉸分佈圖 ................................ 110
圖肆、90 1 層3 跨分析破壞時變形及塑性鉸分佈圖 ................................ 111
圖肆、91 5 層3 跨分析破壞時變形及塑性鉸分佈圖 ................................ 111
圖肆、92 在不同樓層側推分析所得到的載重-位移曲線 ............................ 105
圖肆、93 在不同跨度側推分析所得到的載重-位移曲線 ............................ 105
圖肆、94 在不同跨度側推分析所得到的載重-位移曲線 ............................ 113
圖肆、95 在不同樓層側推分析所得到的載重-位移曲線 ............................ 113
圖肆、96 在不同跨度側推分析所得到的載重-位移曲線 ............................ 114
圖肆、97 在不同跨度側推分析所得到的載重-位移曲線 ............................ 114

參考文獻
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