臺灣博碩士論文加值系統

地震過後或建造疏忽，使建築物出現一些破壞與瑕疵，例如構架側傾，部份樑或柱斷面尺寸縮小，一根或多根柱子建造時因疏忽或為了建築設計而旋轉，建築物的樑上凸或下凹及柱內凹或外凸等現象，對構架的承載力可能會降低或增加。本文即針對有瑕疵或特殊構件的構架利用SAP2000第七版程式進行非線性彈塑性靜力側推分析，並研究構架的極限承載力，載重-位移曲線，塑性鉸產生的位置，分析構件軸力、剪力、彎矩的分佈，比較正常構架與有瑕疵構架的行為差異。在研究中發現樑有瑕疵的構架，不管是將樑部份斷面尺寸放大或縮小極限載重都很相似。做典型案例分析，發現SAP 2000第7.10版尚稱準確，而第12版都高估了極限承載能力，原因可能是因為塑性鉸的準則。

Some damages and defects such as inclined frames, reduced cross-sections in beams or columns, a column or many columns axially rotated during erection by negligence or the building design, convex or concave beams or columns in buildings occurred due to earthquakes or carelessness during construction. These effects maybe reduce or increase the loading capacities of frames. The nonlinear elastic-plastic pushover analysis of SAP 2000 version 7 is used to analyze those frames with imperfect or special members. The limit loads of frames, load-deflection curves, locations of plastic hinges, axial load, shear force and bending moment in members are studied. The differences of behavior between normal frames and flawed frames are compared. It is found that limit loads of frames with beams having a part of reduced or increased cross-section are similar. During analyses of typical cases, it was found that SAP 2000 V7.10 was still accurate, but V12 overestimated the ultimate carrying capacity. The reason maybe is due to criterion of plastic hinge.

中文摘要I
英文摘要 II
誌謝 III
目錄V
表目錄VI
圖目錄 VII

第一章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2 研究目的 1
1-3 研究方法 2
1-4 研究內容 2
1-5 文獻回顧 2
第二章 典型案例驗證 4
2-1 SAP2000程式介紹 4
2-2 P-Δ效應 4
2-3 塑性鉸顏色所代表的意義 5
2-4 RC門型結構分析(一) 5
2-5 RC門型結構分析(二) 8
2-6 RC門型結構分析(三) 10
第三章 SAP2000第12版的鋼結構案例驗證研究 13
3-1 二維鋼柱分析 13
3-2 三維鋼柱分析 14
3-3 門型鋼構架分析 16
3-4 空間鋼框架分析 17
3-5分析案例結果討論 19
第四章 案例分析與探討 21
4-1 程式設定之介紹 21
4-2 2D剛性接頭抗彎構架之側向位移 22
4-3 2D剛性接頭抗彎構架之構件瑕疵 28
4-4 2D剛性接頭抗彎構架之構件彎曲 44
4-5 3D剛性接頭抗彎構架之側向位移 52
4-6 3D剛性接頭抗彎構架之構件扭轉 61
4-7 3D剛性接頭抗彎構架之構件瑕疵 77
4-8 3D剛性接頭抗彎構架之構件彎曲 95
第五章 結論與建議 105
5-1 結論 105
5-2 建議 106
參考文獻 107
附錄：廠商向美國總公司詢問回覆之E-MAIL 108
表目錄
表2-1 RC 門型構架(一)實驗數據與SAP2000 分析結果 7
表2-2 門型構架(一)塑性鉸的形成位置 7
表2-3 RC 門型構架(二)實驗數據與SAP2000 分析結果 9
表2-4 門型構架(二)塑性鉸的形成位置 9
表2-5 RC 門型構架(三)實驗數據與SAP2000 分析結果 11
表2-6 門型構架(三)塑性鉸的形成位置 12
表3-1 二維鋼柱分析結果 14
表3-2 三維鋼柱分析結果 16
表3-3 門型鋼構架分析結果 17
表3-4 空間鋼框架分析結果 19
表4-1-1 邊界束制條件之設定 21
表4-2-1 1B1S 構架分析結果 24
表4-2-2 4B8S 構架分析結果 28
表4-3-1 1B1S 構架分析結果 32
表4-3-2 2B1S 構架分析結果 36
表4-3-3 3B3S 構架分析結果 40
表4-3-4 4B3S 構架分析結果 44
表4-4-1 1B1S 10cm 構架分析結果 47
表4-4-2 1B1S 20cm 構架分析結果 49
表4-4-3 1B1S 40cm 構架分析結果 51
表4-5-1 3D 1B1S 構架分析結果 54
表4-5-2 3D 2B2S 構架分析結果 58
表4-5-3 3D 3B3S 構架分析結果 61
表4-6-1 3D 1B1S R5°構架分析結果 65
表4-6-2 3D 1B1S R15°構架分析結果 68
表4-6-3 3D 1B1S R60°構架分析結果 71
表4-6-4 3D 1B1S R75°構架分析結果 74
表4-6-5 3D 1B1S R90°構架分析結果 77
表4-7-1 3D 1B1S 構架分析結果 83
表4-7-2 3D 2B1S 構架分析結果 90
表4-7-3 3D 4B3S 構架分析結果 94
表4-8-1 3D 1B1S 10cm 構架分析結果 98
表4-8-2 3D 1B1S 20cm 構架分析結果101
表4-8-3 3D 1B1S 40cm 構架分析結果103
圖目錄
圖1-1 柱子彎曲的構架 1
圖1-2 柱子扭轉的構架 1
圖1-3 樑彎曲斷面尺寸縮小 1
圖1-4 有初始位移的構架 1
圖2-1 P-delta 效應示意圖 4
圖2-2 塑性鉸顏色對應於力-位移關係 5
圖2-3 門型構架實驗配置 6
圖2-4 樑斷面 6
圖2-5 柱斷面 6
圖2-6 門型構架(一)分析與實驗的載重-位移曲線比較圖 7
圖2-7 門型構架實驗配置 8
圖2-8 樑斷面（強軸彎曲） 9
圖2-9 柱斷面（強軸彎曲） 9
圖2-10 門型構架(二)分析與實驗的載重-位移曲線比較圖 9
圖2-11 門型構架實驗配置 11
圖2-12 實驗的樑、柱斷面 11
圖2-13 程式輸入的等效樑、柱斷面 11
圖2-14 門型構架作用圖 11
圖2-15 門型構架(三)載重-位移曲線圖 11
圖3-1 二維鋼柱分析圖 14
圖3-2 二維鋼柱載重-位移曲線圖 14
圖3-3 三維鋼柱分析圖 15
圖3-4 三維鋼柱載重-位移曲線圖 16
圖3-5 門型鋼構架圖 17
圖3-6 門型鋼構架載重-位移曲線圖 17
圖3-7 空間鋼框架圖 18
圖3-8 空間鋼框架載重-位移圖 19
圖4-1-1 鋼結構受彎矩和軸力作用圖 21
圖4-1-2 2D 以端點A 為觀察控制點 21
圖4-1-3 3D 以端點A 為觀察控制點 21
圖4-2-1 (1B1S) 一跨度一層樓 22
圖4-2-2 (1B1S R) 一跨度一層樓向右傾斜 23
圖4-2-3 (1B1S L) 一跨度一層樓向左傾斜 24
圖4-2-4 1B1S 構架載重-位移曲線圖 24
圖4-2-5 1B1S 反向構架載重-位移曲線圖 25
圖4-2-6 (4B8S) 四跨度八層樓 26
圖4-2-7 (4B8S L) 四跨度八層樓向左傾斜 27
圖4-2-8 (4B8S R) 四跨度八層樓向右傾斜 27
圖4-2-9 4B8S 構架載重-位移曲線圖 28
圖4-3-1 (1B1S) 一跨度一層樓 29
圖4-3-2 (1B1S B) 一跨度一層樓樑瑕疵 30
圖4-3-3 (1B1S C) 一跨度一層樓柱瑕疵 31
圖4-3-4 (1B1S BC) 一跨度一層樓樑柱瑕疵 32
圖4-3-5 1B1S 構架載重-位移曲線圖 32
圖4-3-6 (2B1S) 兩跨度一層樓 33
圖4-3-7 (2B1S B) 兩跨度一層樓樑瑕疵 34
圖4-3-8 (2B1S C) 兩跨度一層樓柱瑕疵 35
圖4-3-9 (2B1S BC) 兩跨度一層樓樑柱瑕疵 36
圖4-3-10 2B1S 構架載重-位移曲線圖 36
圖4-3-11 (3B3S) 三跨度三層樓 37
圖4-3-12 (3B3S B) 三跨度三層樓樑瑕疵 38
圖4-3-13 (3B3S C) 三跨度三層樓柱瑕疵 38
圖4-3-14 (3B3S BC) 三跨度三層樓樑柱瑕疵 39
圖4-3-15 3B3S 構架載重-位移曲線圖 40
圖4-3-16 (4B3S) 四跨度三層樓 41
圖4-3-17 (4B3S B) 四跨度三層樓樑瑕疵 41
圖4-3-18 (4B3S C) 四跨度三層樓柱瑕疵 42
圖4-3-19 (4B3S BC) 四跨度三層樓樑柱瑕疵 43
圖4-3-20 4B3S 構架載重-位移曲線圖 43
圖4-4-1 (1B1S) 一跨度一層樓 45
圖4-4-2 (1B1S P10cm) 一跨度一層樓樑柱向外凸10cm 45
圖4-4-3 (1B1S C10cm) 一跨度一層樓樑柱向內凹10cm 46
圖4-4-4 1B1S 10cm 構架載重-位移曲線圖 47
圖4-4-5 (1B1S P20cm) 一跨度一層樓樑柱向外凸20cm 48
圖4-4-6 (1B1S C20cm) 一跨度一層樓樑柱向內凹20cm 49
圖4-4-7 1B1S 20cm 構架載重-位移曲線圖 49
圖4-4-8 (1B1S P40cm) 一跨度一層樓樑柱向外凸40cm 50
圖4-4-9 (1B1S C40cm) 一跨度一層樓樑柱向內凹40cm 51
圖4-4-10 1B1S 40cm 構架載重-位移曲線圖 51
圖4-5-1 (3D 1B1S) 3D 一跨度一層樓 52
圖4-5-2 (3D 1B1S L) 3D 一跨度一層樓向左傾斜 53
圖4-5-3 (3D 1B1S R) 3D 一跨度一層樓向右傾斜 54
圖4-5-4 3D 1B1S 構架載重-位移曲線圖 54
圖4-5-5 (3D 2B2S) 3D 兩跨度兩層樓 55
圖4-5-6 (3D 2B2S L) 3D 兩跨度兩層樓向左傾斜 56
圖4-5-7 (3D 2B2S R) 3D 兩跨度兩層樓向右傾斜 57
圖4-5-8 3D 2B2S 構架載重-位移曲線圖 58
圖4-5-9 (3D 3B3S) 3D 三跨度三層樓 59
圖4-5-10 (3D 3B3S L) 3D 三跨度三層樓向左傾斜 60
圖4-5-11 (3D 3B3S R) 3D 三跨度三層樓向右傾斜 61
圖4-5-12 3D 3B3S 構架載重-位移曲線圖 61
圖4-6-1 (3D 1B1S) 3D 一跨度一層樓 62
圖4-6-2 (3D 1B1S R5°) 3D 一跨度一層樓一根柱旋轉5° 63
圖4-6-3 (3D 1B1S 2R5°) 3D 一跨度一層樓兩根柱旋轉5° 64
圖4-6-4 (3D 1B1S 2XR5°) 3D 一跨度一層樓對角兩根柱旋轉5° 65
圖4-6-5 3D 1B1S R5°構架載重-位移曲線圖 65
圖4-6-6 (3D 1B1S R15°) 3D 一跨度一層樓一根柱旋轉15° 66
圖4-6-7 (3D 1B1S 2R15°) 3D 一跨度一層樓兩根柱旋轉15° 67
圖4-6-8 (3D 1B1S 2XR15°) 3D 一跨度一層樓兩根對角柱旋轉15° 68
圖4-6-9 3D 1B1S R15°構架載重-位移曲線圖 68
圖4-6-10 (3D 1B1S R60°) 3D 一跨度一層樓一根柱旋轉60° 69
圖4-6-11 (3D 1B1S 2R60°) 3D 一跨度一層樓兩根柱旋轉60° 70
圖4-6-12 (3D 1B1S 2XR60°) 3D 一跨度一層樓兩根對角柱旋轉60° 71
圖4-6-13 3D 1B1S R60°構架載重-位移曲線圖 71
圖4-6-14 (3D 1B1S R75°) 3D 一跨度一層樓一根柱旋轉75° 72
圖4-6-15 (3D 1B1S 2R75°) 3D 一跨度一層樓兩根柱旋轉75° 73
圖4-6-16 (3D 1B1S 2XR75°) 3D 一跨度一層樓兩根對角柱旋轉75° 74
圖4-6-17 3D 1B1S R75°構架載重-位移曲線圖 74
圖4-6-18 (3D 1B1S R90°) 3D 一跨度一層樓一根柱旋轉90° 75
圖4-6-19 (3D 1B1S 2R90°) 3D 一跨度一層樓兩根柱旋轉90° 76
圖4-6-20 (3D 1B1S 2XR90°) 3D 一跨度一層樓兩根對角柱旋轉90° 77
圖4-6-21 3D 1B1S R90°構架載重-位移曲線圖 77
圖4-7-1 (3D 1B1S) 3D 一跨度一層樓 78
圖4-7-2 (3D 1B1S 1C) 3D 一跨度一層樓一根柱斷面縮小 79
圖4-7-3 (3D 1B1S 2C) 3D 一跨度一層樓兩根柱斷面縮小 80
圖4-7-4 (3D 1B1S 3C) 3D 一跨度一層樓三根柱斷面縮小 81
圖4-7-5 (3D 1B1S 4C) 3D 一跨度一層樓四根柱斷面縮小 82
圖4-7-6 3D 1B1S 構架載重-位移曲線圖 82
圖4-7-7 (3D 2B1S) 3D 兩跨度一層樓 83
圖4-7-8 (3D 2B1S C1) 3D 兩跨度一層樓C1 柱斷面縮小 84
圖4-7-9 (3D 2B1S C2) 3D 兩跨度一層樓C2 柱斷面縮小 85
圖4-7-10 (3D 2B1S C3) 3D 兩跨度一層樓C3 柱斷面縮小 86
圖4-7-11 (3D 2B1S C4) 3D 兩跨度一層樓C4 柱斷面縮小 87
圖4-7-12 (3D 2B1S C5) 3D 兩跨度一層樓C5 柱斷面縮小 88
圖4-7-13 (3D 2B1S C6) 3D 兩跨度一層樓C6 柱斷面縮小 89
圖4-7-14 3D 2B1S 構架載重-位移曲線圖 90
圖4-7-15 (3D 4B3S) 3D 四跨度三層樓 91
圖4-7-16 (3D 4B3S B) 3D 四跨度三層樓樑瑕疵 92
圖4-7-17 (3D 4B3S C) 3D 四跨度三層樓柱瑕疵 93
圖4-7-18 (3D 4B3S BC) 3D 四跨度三層樓樑柱瑕疵 94
圖4-7-19 3D 4B3S 構架載重-位移曲線圖 94
圖4-8-1 (3D 1B1S) 3D 一跨度一層樓 96
圖4-8-2 (3D 1B1S P10cm) 3D 一跨度一層樓樑柱外凸10cm 97
圖4-8-3 (3D 1B1S C10cm) 3D 一跨度一層樓樑柱內凹10cm 98
圖4-8-4 3D 1B1S 10cm 構架載重-位移曲線圖 98
圖4-8-5 (3D 1B1S P20cm) 3D 一跨度一層樓樑柱外凸20cm 99
圖4-8-6 (3D 1B1S C20cm) 3D 一跨度一層樓樑柱內凹20cm100
圖4-8-7 3D 1B1S 20cm 構架載重-位移曲線圖101
圖4-8-8 (3D 1B1S P40cm) 3D 一跨度一層樓樑柱外凸40cm 102
圖4-8-9 (3D 1B1S C40cm) 3D 一跨度一層樓樑柱內凹40cm103
圖4-8-10 3D 1B1S 40cm 構架載重-位移曲線圖103

[1] M.R. Maheri, R.Kousari, M.Razazan, “Pushover tests on steel X-braced and knee-braced RC Frames,” Engineering Structural, 2003, 25, pp1697~1705.
[2]林炳昌，彭勝均，張翔雁，楊根，吳志軒，王仁佐，莊財福，”鋼筋混凝土實體構架之容量曲線推算及驗證”，結構工程，中華民國結構工程學會，第二十三卷，第一期，民國97年3月，3-18頁。
[3]金文森，市區內傾斜危樓拆除工法之研析，結構工程，第十七卷，第四期，第103-113頁，2003年12月。
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[5]金文森、劉偉霖、李柏彥，鋼結構廠房震毀案例之探討，結構工程，第二十卷，第三期，第122-140頁，2005年9月。
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[10]李俊宏，”鋼骨鋼筋混凝土與鋼結構之極限承載力分析” ，朝陽科技大學營建工程究所碩士論文，民國91年8月31日，指導教授金文森。
[11]李柏彥，”鋼骨鋼筋混凝土結構極限載重分析”，朝陽科技大學營建工程究所碩士論文，民國95年8月31日，指導教授金文森。
[12] Vitelmo V. Bertero and George McClure, “Behavior of Reinforced Concrete Frames Subjected to Repeated Reversible Loads, ”Journal of the American Concrete Institute, TITLE No. 61-66, October, 1964, pp. 1305~1329.
[13]Priyantha Anuruddha Mendis and Peter LeP. Darvall, “Stability Analysis of Softening Frames,” Journal of Structural Engineering, Vol. 114, No. 5, May, 1988, pp1057~1072.
[14]SAP2000 Three Dimensional Static and Dynamic Finite Element Analysis and Design of Structures Tutorial Manuals, Version 7.1, Computers and Structures, Inc., Berkeley, California, USA, 1999.
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[16]W. S. King, D. W. White, and W. F. Chen, "A Modified Plastic Hinge Method for Second-Order Inelastic Analysis of Rigid Frames", Structural Engineering Review, Vol. 4, No. 1, pp. 31-41, (1992).
[17]Orbison, J. G., “Nonlinear Static Analysis of Three-Dimensional Steel Frames,” Department of Structural Engineering Report, Number 82-6, Cornell University, pp. 243（1982）.
[18]陳惠發，「樑柱分析與設計 第二部空間問題特性和設計」，科技圖書股份有限公司，第612-613頁（1995）。