臺灣博碩士論文加值系統

臺灣位於環太平洋地震帶上，時常受到地震災害的威脅，且由921地震勘查結果顯示部分校舍結構耐震能力堪慮，大多數校舍均有耐震能力不足及不符合現有耐震設計規範之要求。本文先以簡單的構架案例用不同軟體分析，研究構架的極限承載力，載重-位移曲線，塑性鉸之形成，桿件軸力、剪力、彎矩的差異。既有校舍耐震能力評估是以結構各桿件之實際尺寸，材料性質及斷面配筋進行分析。然後模擬不同假設條件的校舍進行結構基底剪力及耐震能力比較，並針對其耐震能力不足之處，提供結構補強的方法與建議，研究結果可在未來能作為耐震補強工程之參考。

Taiwan is located in circum-Pacific seismic belt, often under the threat of earthquake. Seismic prospecting results from the 921 earthquake, parts of the school buildings’ structural seismic resistant capacity are worthy of consideration. Most school buildings’ seismic resistant capacity are inadequate and do not meet current seismic design code. First several simple frame cases were used to analyze the ultimate load of structure, load-displacement curve, formation of plastic hinge, difference between the axial force, shear force and bending moment by different computer program. Then, the base shear capacity and seismic resistant capacity of school building were compared based on the actual size of each member, material properties and section of steel reinforcement. Simulations were carried out with different assumptions. The suggestion of retrofitted methods for the inadequate seismic resistant capacity is provided. The research result can serve as a reference for seismic retrofitting engineering in the future

摘要 I
ABSTRACT II
目錄 III
表目錄 V
1.1研究動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 研究方法 1
1.4 研究內容 2
1.5 文獻回顧 2
第二章 程式簡介與設計規範 4
2.1 ETABS 應用軟體簡介 4
2.2非線性靜力分析方法 6
2.3 結構性能點之求取與定義破壞地表加速度 7
2-4校舍耐震性能評估目標準則 8
2-5地表加速度 10
第三章 案例驗證分析 11
3.1前言 11
3.2結構分析電腦程介紹 11
3.2.1 SAP2000主要特點 11
3.2.2 SAP2000側推分析【10】 12
3.3實例分析比較 13
3.3.1門型鋼構架分析 13
3.3.2空間鋼框架分析 18
3.3.3 Yarimci三層鋼構架 22
3.4鋼構造分析結果之討論 26
3.5 RC構架實例分析比較 27
3.5.1 RC門型構架A 27
3.5.2 RC門型構架B 33
3.5.3 RC門型結構C 38
3.6 RC構造分析結果之討論 44
第四章 實際案例問題探討分析 45
4.1 案例介紹 45
4.2 前期與後期合併分析 45
4.2.1 結構物假設評估值 45
4.2.2現況程式模擬分析 49
4.3前期獨立之構架分析 61
4.3.1 結構物假設評估值 61
4.3.2現況程式模擬分析 65
4.4後期獨立之構架分析 75
4.3.1 結構物假設評估值 75
4.4.2現況程式模擬分析 79
第五章 案例補強分析 89
5.1評估結果綜合判斷及建築物繼續使用應注意事項 89
5.1.1補強方案規劃 89
5.2合併建築物分析補強後結構耐震能力評估 91
5.3前期建築物分析補強後結構耐震能力評估 101
5.3後期建築物分析補強後結構耐震能力評估 117
5.4建築物補強後結構耐震能力比較 135
第六章 結論與建議 136
6.1結論 136
6.2建議 137
參考文獻 139
【附錄2-1】 141

表目錄
表2-1 低矮型RC 校舍損壞狀態分級表 .............................................................................9
表3-1 門型鋼構架桿件內力比較表 .................................................................................... 15
表3-2 門型鋼構架側力輸入與極限推倒承載力H 的關係 ............................................... 15
表3-3 門型鋼構架分析結果的誤差 .................................................................................... 17
表3-4 空間鋼框架桿件內力比較表 .................................................................................... 21
表3-5 空間鋼框架分析結果的誤差 .................................................................................... 21
表3-6Yarimci 三層鋼構架桿件內力比較表 ........................................................................ 24
表3-7 Yarimci 三層鋼構架側力輸入與極限推倒承載力H 的關係 ................................... 24
表3-8 Yarimci 三層鋼構架分析結果的誤差 ....................................................................... 26
表3-9 樑及柱鋼筋之配置 .................................................................................................. 29
表3-10 定義混凝土與鋼筋之材料性質 ............................................................................. 29
表3-11 節點邊界束制條件之設定 ..................................................................................... 31
表3-12 門型RC 構架A 桿件內力比較表 .......................................................................... 32
表3-13 門型RC 構架A 分析結果的誤差 .......................................................................... 32
表3-14 樑柱鋼筋之配置 .................................................................................................... 34
表3-15 鋼筋與混凝土材料性質之設定 ............................................................................. 35
表3-16 節點束制之邊界條件設定 ..................................................................................... 35
表3-17 門型RC 構架B 桿件內力比較表 .......................................................................... 37
表3-18 RC 門型構架B 的結構分析結果 ........................................................................... 37
表3-19 樑及柱鋼筋之配置 ................................................................................................. 40
表3-20 鋼筋與混凝土材料性質之設定值 ......................................................................... 41
表3-21 邊界束制條件之設定 ............................................................................................. 41
表3-22 門型RC 構架C 桿件內力比較表 .......................................................................... 43
表3-23 RC 門型構架C 結構曲線分析結果表 ................................................................... 43
表4-1 評估採用混凝土強度 ............................................................................................... 46
表4-2 樓層載重計算（靜載重及活載重） ........................................................................ 47
表4-3 各樓層樓地板面積計算 ........................................................................................... 48
表4-4 基地地盤分類（地盤種類、475 年設計地表加速度（g） ..................................... 48
表4-5 建物基本震動週期 ................................................................................................... 48
表4-6 工址設計水平譜加速度SaD、工址短週期設計水平譜加速度SDS（正規化水平加速
度反應譜係數C） .............................................................................................................. 49
表4-7 磚牆資料................................................................................................................... 51
表4-8 梁斷面資料 ............................................................................................................... 52
表4-9 柱斷面資料 ............................................................................................................... 54
表4-10 合併建築物的法規水平地震力分配 ...................................................................... 54
表4-11-1 合併建築物程式分析輸出軸力檢核 ................................................................... 54
表4-11-2 合併建築物載重配置 .......................................................................................... 56
表4-12 合併建築物的觀測點位移量(程式中選定點位39 為觀測點) ............................... 59
表4-13 性能點選取決定破壞地表加速度 .......................................................................... 61
表4-14 合併建築物結構各項耐震能力評估表................................................................... 61
表4-15 評估採用混凝土強度 ............................................................................................. 63
表4-16 樓層載重計算（靜載重及活載重） ...................................................................... 64
表4-17 各樓層樓地板面積計算.......................................................................................... 64
表4-18 基地地盤分類（地盤種類、475 年設計地表加速度（g） ................................... 64
表4-19 建物基本震動週期 ................................................................................................. 65
表4-20 工址設計水平譜加速度SaD、工址短週期設計水平譜加速度SaD（正規化水平加
速度反應譜係數C）........................................................................................................... 65
表4-21 磚牆資料 ................................................................................................................. 68
表4-22 梁斷面資料 ............................................................................................................. 68
表4-23 柱斷面資料 ............................................................................................................. 69
表4-24 前期建築物的法規水平地震力分配 ...................................................................... 70
表4-25-1 前期建築物程式分析輸出軸力檢核 ................................................................... 70
表4-25-2 前期建築物載重配置 .......................................................................................... 71
表4-26 前期建築物的觀測點位移量(程式中選定點位30 為觀測點) ............................... 73
表4-27 前期建築物的性能點選取決定破壞地表加速度 ................................................... 75
表4-28 前期建築物結構各項耐震能力評估表................................................................... 75
表4-29 評估採用混凝土強度 ............................................................................................. 77
表4-30 樓層載重計算（靜載重及活載重） ...................................................................... 78
表4-31 各樓層樓地板面積計算.......................................................................................... 78
表4-32 基地地盤分類（地盤種類、475 年設計地表加速度（g） ................................... 79
表4-33 建物基本震動週期 ................................................................................................. 79
表4-34 工址設計水平譜加速度aD S 、工址短週期設計水平譜加速度DS S ....................... 79
（正規化水平加速度反應譜係數C） ................................................................................ 80
表4-35 磚牆資料 ................................................................................................................. 82
表4-36 梁斷面資料 ............................................................................................................. 82
表4-37 柱斷面資料 ............................................................................................................. 82
表4-38 後期建築物的法規水平地震力分配 ...................................................................... 83
表4-39-1 後期建築物結構程式分析輸出軸力檢核 ........................................................... 83
表4-39-2 後期建築物結構載重配置................................................................................... 84
表4-40 後期建築物的觀測點位移量(程式中選定點位31 為觀測點) ............................... 86
表4-41 性能點選取決定破壞地表加速度 .......................................................................... 88
表4-42 後期建築物結構各項結構安全耐震能力評估表 ................................................... 89
表5-1 評估採用混凝土強度 .............................................................................................. 92
表5-2 本棟建築物原有鋼筋降伏強度 ............................................................................... 93
表5-3 補強用之設計載重 ................................................................................................... 93
表5-4 補強後之評估值 ...................................................................................................... 95
表5-5 合併建築物補強擴柱後屋頂最大位移檢核 ............................................................ 96
表5-6 評估採用混凝土強度 ............................................................................................ 102
表5-7 本棟建築物原有鋼筋降伏強度 ............................................................................. 103
表5-8 前期建築物補強補強用之設計載重 ..................................................................... 103
表5-9 前期建築物補強後之評估值 ................................................................................. 104
表5-10 前期建築物擴柱補強後屋頂最大位移檢核 ........................................................ 106
表5-11 前期建築物補強後之評估值 ............................................................................... 111
表5-12 前期建築物翼牆補強後屋頂最大位移檢核 ........................................................ 113
表5-13 估採用混凝土強度 .............................................................................................. 118
表5-14 本棟建築物原有鋼筋降伏強度 ........................................................................... 118
表5-15 後期建築物補強用之設計載重 ........................................................................... 119
表5-16 後期建築物補強後之評估值 ............................................................................... 120
表5-17 後期建築物擴柱補強後屋頂最大位移檢核 ........................................................ 122
表5-18 後期建築物補強後之評估值 ............................................................................... 128
表5-19 後期建築物翼牆補強後屋頂最大位移檢核 ........................................................ 131


圖目錄
圖2-1 ETABS 設定非線性鉸參數介面(M3) ........................................................................5
圖2-2 FEMA 273 設定非線性塑性鉸性質曲線的參數圖 ...................................................6
圖2-3 側推分析之容量曲線 ................................................................................................7
圖2-4 地表加速度-屋頂層位移曲線(性能曲線)示意圖 .................................................... 10
圖3-1 門型鋼構架配置圖 .................................................................................................. 14
圖3-2 門型鋼構架軸力、剪力、彎矩、塑性鉸比較圖 ..................................................... 15
圖3-3 門型鋼構架載重-位移圖 ......................................................................................... 17
圖3-4 空間鋼框架配置圖 ................................................................................................... 19
圖3-5 空間鋼框架型鋼擺設圖 ........................................................................................... 19
圖3-6 空間鋼框架軸力、剪力、彎矩、塑性鉸比較圖 ..................................................... 20
圖3-7 空間鋼框架載重-位移圖 .......................................................................................... 21
圖3-8 Yarimci 三層空間鋼框架配置圖 .............................................................................. 22
圖3-9 Yarimci 三層鋼構架 軸力、剪力、彎矩、塑性鉸比較圖 ...................................... 24
圖3-10 Yarimci 三層鋼構架載重-位移圖 ........................................................................... 26
圖3-11 門型構架實驗配置圖 ............................................................................................. 28
圖3-12 樑斷面圖 ................................................................................................................ 28
圖3-13 柱斷面圖 ................................................................................................................. 29
圖3-14 門型構架作用圖 ..................................................................................................... 30
圖3-15 門型RC 構架A 軸力、剪力、彎矩、塑性鉸比較圖 ........................................... 32
圖3-16 門型RC 構架載重-位移圖 .................................................................................... 33
圖3-17 門型構架實驗配置圖 ............................................................................................. 34
圖3-18 樑斷面圖（強軸彎曲） ......................................................................................... 34
圖3-19 柱斷面圖（強軸彎曲） ......................................................................................... 34
圖3-20 門型RC 構架B 軸力、剪力、彎矩、塑性鉸比較圖 ........................................... 37
圖3-21 RC 門型構架B 載重-位移曲線圖 .......................................................................... 38
圖3-22 門型構架實驗配置圖 ............................................................................................. 39
圖3-23 實驗的樑、柱斷面圖 ............................................................................................ 39
圖3-23-1 等效樑、柱斷面圖 ............................................................................................. 40
圖3-24 門型構架旋轉圖 ..................................................................................................... 42
圖3-25 門型RC 構架C 軸力、剪力、彎矩、塑性鉸比較圖 ........................................... 43
圖3-26 門型構架C 載重-位移曲線圖 ............................................................................... 44
圖4-1 合併建築物3D 模型構件圖 ..................................................................................... 50
圖4-2 合併建築物模型屋頂平面圖 .................................................................................... 51
圖4-8 合併建築物X 向容量曲線、性能曲線.................................................................... 60
圖4-9 合併建築物Y 向容量曲線、性能曲線.................................................................... 61
圖4-10 前期建築物3D 模型構件圖 .................................................................................. 67
圖4-11 前期建築物模型屋頂平面圖 .................................................................................. 67
圖4-12 前期建築物3D 構架塑性鉸圖 ............................................................................... 72
圖4-14 前期建築物X 向第3 面塑性鉸圖 ......................................................................... 73
圖4-15 前期建築物X 向第4 面塑性鉸圖 ......................................................................... 73
圖4-16 前期建築物X 向容量曲線、性能曲線 .................................................................. 74
圖4-17 前期建築物Y 向容量曲線、性能曲線 .................................................................. 75
圖4-18 後期建築物3D 模型構件圖 .................................................................................. 81
圖4-19 前期建築物模型屋頂平面圖 .................................................................................. 82
圖4-20 後期建築物3D 塑性鉸圖 ....................................................................................... 85
圖4-21 後期建築物X 向第1 面塑性鉸圖 ......................................................................... 85
圖4-22 後期建築物X 向第3 面塑性鉸圖 ......................................................................... 86
圖4-23 後期建築物X 向容量曲線、性能曲線 .................................................................. 87
圖4-24 後期建築物Y 向容量曲線、性能曲線 .................................................................. 88
圖5-1 合併建築物補強X 向容量曲線、性能曲線 ........................................................... 96
圖5-2 合併建築物補強擴柱補強後3D 塑性鉸發展圖 ..................................................... 98
圖5-3 合併建築物補強擴柱補強後第一面塑性鉸發展圖 ................................................ 99
圖5-4 合併建築物補強擴柱補強後第二面塑性鉸發展圖 ................................................ 99
圖5-5 合併建築物補強擴柱補強後第三面塑性鉸發展圖 .............................................. 100
圖5-6 合併建築物補強擴柱補強後第三面塑性鉸發展圖 .............................................. 100
圖5-7 合併建築物補強位置3D 圖 .................................................................................. 101
圖5-8 合併建築物擴柱補強後補強位置平面圖(後期建築物) ........................................ 101
圖5-9 合併建築物擴柱補強後補強位置平面圖(前期建築物) ........................................ 102
圖5-10 前期建築物補強X 向容量曲線、性能曲線 ....................................................... 105
圖5-11 前期建築物補強Y 向容量曲線、性能曲線 ....................................................... 106
圖5-12 前期建築物擴柱補強後3D 塑性鉸發展圖 ......................................................... 108
圖5-13 前期建築物擴柱補強後第一面塑性鉸發展圖 .................................................... 108
圖5-16 前期建築物擴柱補強後3D 圖 ............................................................................ 110
圖5-18 前期建築物補強X 向容量曲線、性能曲線 ....................................................... 112
圖5-19 前期建築物補強Y 向容量曲線、性能曲線 ....................................................... 113
圖5-20 前期建築物翼牆補強後之3D 塑性鉸發展圖 ..................................................... 115
圖5-24 前期建築物翼牆補強3D 位置圖 ........................................................................ 117
圖5-25 前期建築物翼牆補強後補強位置平面圖 ............................................................ 117
圖5-26 後期建築物補強X 向容量曲線、性能曲線 ....................................................... 121
圖5-27 後期建築物補強Y 向容量曲線、性能曲線 ....................................................... 122
圖5-28 後期建築物擴柱補強後3D 塑性鉸發展圖 ......................................................... 125
圖5-29 後期建築物擴柱補強後第一面塑性鉸發展圖 .................................................... 126
圖5-32 後期建築物擴柱補強後補強位置平面圖 ............................................................ 128
圖5-33 後期建築物補強X 向容量曲線、性能曲線 ....................................................... 130
圖5-34 後期建築物補強Y 向容量曲線、性能曲線 ....................................................... 131

【1】鍾立來、葉勇凱、簡文郁、柴駿甫、蕭輔沛、沈文成、邱聰智、周德光、趙宜峰、楊耀昇、黃世建，「校舍結構耐震評估與補強技術手冊」，國家地震工程研究中心，報告編號NCREE-08-023，2008 年。
【2】林士群，『鋼筋混凝土抗彎構架之容量反應譜法分析』，碩士論文，成功大學土木工程學系，台南(1999)。
【3】ATC-40,Seismic evaluation and retrofit of concrete buildings. Report No.SSC 96-01,Applied Technology Council,1996.
【4】CSI, “ETABS: Extended 3D analysis of building systems, Nonlinear Version8.5.4,”User’s Manual, Computer and Structures, Inc., Berkeley, Califormia,1999.
【5】何象鏞，「含牆鋼筋混凝土結構側推分析之研究」，國立中央學土木研究所博士論文，王仲宇教授指導(2007)。
【6】FEMA 273, NEHRP Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings, Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C.,1997.
【7】曾至堅，「低矮型校舍耐震能力詳細評估方法之研究」，國立成功大學土木研究所碩士論文，邱耀正教授指導(2007)。
【8】金文森，張雅芳，林彥碩，”以鋼筋混凝土結構實例驗證SAP2000側推分析之研究”， 結構工程，中華民國結構工程學會，第25卷，第2期，民國99年6月，第3-26頁。
【9】CSI, Computers & Structures, Inc., Retrieved from http://www.csiberkeley.com/index.html, 2009/8/7。
【10】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。
【11】W. S. King, “A Modified Stiffness Method for Plastic Analysis of Steel Frames”, Engineering Structures, the Journal of Earthquake, Wind and Ocean Engineering, SCI, Vol. 16, No. 3, April 1994, pp. 162-170.
【12】金文森，王丞達，「以鋼結構實例驗證SAP2000 側推分析之研究」，結構工程，中華民國結構工程學會，第十九卷，第四期，民國九十三年十二月，頁117-125。
【13】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, 1992, pp. 31-41.
【14】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，頁612-613，1995。
【15】George C. Ernst, Gerald M. Smith, Arvin R. Riveland, and Donald N. Pierce, “Basic Reinforced Concrete Frame Performance Under Vertical and Lateral Loads, ”ACI JOURNAL, TITLE No. 70-28, April, 1973, pp. 261~269.
【16】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.
【17】Priyantha Anuruddha Mendis and Peter LeP. Darvall, “Stability Analysis of Softening Frames,” Journal of Structural Engineering, Vol. 114, No. 5, May, 1988, pp. 1057~1072.