內縮型式框筒結構及傳統框筒結構水平位移與等效箱型梁位移比較

由於內縮型式框筒結構與傳統框筒結構兩者隨著受風面積不等，導致受風 力荷載大小不同，因此無法直接比較兩者位移大小來判斷其兩者結構抵抗風力 系統差異性能。為了能夠了解其框筒結構之抵抗位移發揮之性能，利用基本共 軛梁公式(3.16)求得相等外力作用之箱型懸臂梁之彎曲位移曲線 (不考慮剪力 變形)，以及利用 SAP2000 軟體建製近似之箱型懸臂梁求得彎曲位移曲線(包含 剪力變形)，再與各自組成之框筒結構做比較分析，依據各自的框筒結構水平位 移曲線與箱型梁位移曲線之差異百分比，比較兩者哪方更接近於箱型梁結構性 能，此外也可以利用傳統框筒結構及內縮型式框筒結構水平位移曲線對箱型梁 位移曲線之變化情形，分析內縮型式框筒結構相較於傳統框筒結構有無其它特 殊之作用行為產生。

4.2.1.1 內縮型式框筒結構水平位移與箱型懸臂梁受力位移情形

圖 4-5(a)為內縮型式框筒結構利用 SAP2000 軟體分析得出之水平位移曲線，

其中 I 等於 1 表示為原結構梁之勁度，而之後圖上之 I 等於 10 與 I 等於 50 則表 示為將原梁勁度放大之十倍與五十倍之數，加上利用等效連續筒方式做出之箱 型懸臂梁利用共軛梁法及 SAP2000 軟體分析得出之位移曲線比較圖。從圖 4-5(a) 中可以得知，因為在共軛梁法中只考慮計算彎曲變形不考慮剪力變形，所以得 到最小之位移量和水平位移曲線，其次為內縮型式框筒結構模型分析得出之水 平位移曲線，將結構轉化為等效連續筒模型則得到最大之位移量及水平位移曲 線圖。從圖 4-5(a)中首先比較共軛梁法得出之位移曲線與 SAP2000 軟體分析等 效連續筒之位移曲線差距量了解剪力變形情形存在不可忽略，且在實際情形中 框筒結構位移也包含了剪力變形的存在。比較圖 4-5(a)後發現內縮型式框筒結 構模型水平位移曲線在下部結構高度時，其水平位移量與等效連續筒模型相差

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不多，但當結構高度超過 400 公尺後，其水平位移曲線與等效連續筒模型水平 位移曲線產生分叉，形成內縮型式框筒結構位移曲線介在無剪力變形之共軛梁 位移曲線與有剪力變形之等效連續筒水平位移曲線之間，之後等效連續筒模型 位移曲線即與內縮型式框筒結構位移曲線則越拉越開，而框筒結構位移曲線反 而有接近共軛梁法位移曲線的趨勢，當到了頂部結構高度時，內縮型式框筒結 構位移量與共軛梁法位移量已相差不多。再者從圖 4-5(a)中結構位移曲線之曲 線型式與走向也可以發現內縮型式框筒結構與其他兩種方法得到之兩條位移曲 線明顯不同。

圖 4-5(b)為內縮型式框筒結構在改變不同的深梁勁度後分析得出之水平位 移曲線，加上原本框筒結構梁深分析出之水平位移曲線之相互比較圖。當結構 深梁勁度增加為原本梁勁度的 5 倍、10 倍、50 倍時，與原本內縮型式框筒結構 位移曲線做互相比較，得到增加結構梁勁度之側向位移曲線在整體結構下半部 有明顯的降低情形，但在其框筒結構頂部的變化幅度並不多之結構位移曲線 圖。

為了比較結構當翼板與腹板深梁變化下的差異，採取了單獨改變翼板或腹 板深梁勁度求得之水平位移曲線，結構深梁勁度改變量取原本梁勁度之 50 倍，

同時也保留了原本勁度之內縮型式框筒結構與整體框筒結構深梁勁度增加 50 倍兩者的水平位移曲線做成改變翼板梁勁度結構、改變腹板梁勁度結構、原梁 勁度結構、翼腹板梁皆改變勁度結構四種水平位移曲線做成圖 4-5(c)來相互比 較。從圖 4-5(c)中得到靠近原梁結構位移曲線的為改變翼板梁勁度之結構，接 近整體梁勁度皆改變之結構位移曲線為改變腹板梁勁度之結構，其兩兩相近之 位移曲線其各自分別只有在結構頂部有些微差異之位移量產生。

在結構位移分析圖 4-5(d)中，採取只加強特定結構高度之深梁勁度並與原 結構做比較，設定每隔 100 公尺高度選取三層樓板深梁加勁，加勁倍數為原梁 勁度之 50 倍，從而模擬出組合 Belt Truss 後的框筒結構系統特性，就此分析比 較內縮型式框筒結構加上 Belt Truss 後之結構側向位移行為與原內縮型式框筒

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結構之側向位移行為差異成效。

4.2.1.2 傳統框筒結構水平位移與箱型懸臂梁受力位移情形

圖 4-6(a)則為一般傳統框筒結構受風力荷載得出之水平位移曲線，與等效 連續筒結構模型方法得到之共軛梁及 SAP2000 軟體分析之位移曲線比較圖。圖 4-6(a)顯示如同 4.2.1.1 節其共軛梁法位移因為不考慮剪力變形其側移量為最小，

其次為 SAP2000 模擬等效連續筒模型之位移量，最大變位曲線為傳統框筒結構 之水平位移量。又因為考慮剪力下變形才符合真實結構情形，因此主要比較等 效連續筒與傳統框筒結構之位移差距百分比，從圖 4-6(a)上得知兩者的位移差 距量在各個高度都非常明顯，得知計算了剪力延遲效應之傳統框筒結構強度與 等效連續筒模型結構強度還是有分別。

同樣採取對深梁勁度做變化分析得到如圖 4-6(b)所表示之傳統框筒結構水 平位移曲線，同樣圖中也保留了原先框筒結構之水平位移曲線來做比較分析。

同樣將深梁勁度改變為原本勁度的 5 倍、10 倍、50 倍，對原本傳統框筒結構來 說，改變深梁勁度有效的降低了整體框筒結構之位移曲線值的大小，並且對框 筒結構任意高度都有明顯的改良效果存在。

在傳統框筒結構中，同樣也針對比較當結構梁不加勁，翼板與腹板梁同時 加勁，單就翼板梁加勁與腹板梁加勁等四種情形做水平位移分析比較圖 4-6(c)。

結構梁加勁採用 50 倍之原梁勁度做比較基礎，圖 4-6(c)顯示在結構腹板梁加勁 時對於整體結構水平側移降低有較大之成效，翼板梁加勁則對整體結構水平側 移之效果並不顯著，但若只單從局部結構觀察，隨結構高度越來越高時，翼板 加勁之位移曲線與原結構梁位移曲線相比有降低情形存在。

在結構位移分析圖 4-6(d)中，改變特定結構高度之深梁勁度做為模擬 Belt Truss 下之結構位移行為，並與原傳統框筒結構之位移合成做圖比較。判斷結構 加上 Belt Truss 後其位移大小，是否能有效降低傳統框筒結構之側向位移，以及 整體結構曲線之變化。

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4.2.2 結構水平位移比較成果分析

在內縮型式框筒結構圖 4-5 與傳統框筒結構圖 4-6 做位移分析比較，首先 知道內縮型式框筒結構因為受風面積少承受之風力荷載較小所以位移量相對也 較傳統框筒結構來的少，先比較圖 4-5 與圖 4-6 中框筒結構位移曲線與等效連 續筒模型位移曲線位置與分佈情形分析，得到傳統框筒結構位移曲線與等效連 續筒模型位移曲線相似而位移量較等效連續筒模型大，但內縮型式框筒結構位 移曲線與其等效連續筒模型位移曲線形態則有明顯差異，位移量也因為位移曲 線走向不同而發生等效連續筒模型在結構上部較大情形，再比較圖 4-5 與圖 4-6 中框筒結構位移曲線與共軛梁法位移曲線分佈發現，傳統框筒結構位移曲線與 其結構共軛梁法位移曲線相差很遠，中間還夾著一條等效連續筒模型位移曲線，

不過內縮型式框筒結構位移曲線與其共軛梁法所得之位移曲線，其位移曲線之 位移量差距並不大，特別是在結構頂部時兩者之位移相差不多。從以上圖表資 訊再搭配已知的(1)共軛梁法位移曲線特性為只考慮到結構受力後彎矩所造成 之變位為位移曲線，(2)等效連續筒模型位移曲線除彎矩所帶來之變位外，還包 含框架結構轉換為等效連續筒之剪力剛度帶來之剪力變形造成之變位，(3)兩者 模型或計算公式皆無考慮結構之剪力延遲效應產生，得到在共軛梁法位移曲線 與等效連續筒模型位移曲線兩者所相距之區間即為結構剪力變形所造成之變位 量。分析判斷傳統框筒結構因為除了彎矩變形加上剪力變形外還有剪力延遲所 導致位移比前兩者更大，而內縮型式框筒結構雖然本身也存在剪力延遲的情形，

但其結構位移曲線卻在共軛梁法與等效連續筒模型位移曲線之間，在觀察內縮 型式框筒結構與圖表後，得到結論為結構本身帶有傾斜角度之翼板柱有效增加 了框筒結構的剪力剛度，所以有效的降低了剪力變形所造成之結構位移，且這 效果也因為上部結構變形主要依靠剪力抵抗而更加明顯，符合圖形所示。

在比較加強框筒結構之結構梁勁度時，圖 4-5(b)與 4-6(b)分別顯示內縮型式

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框筒結構與傳統框筒結構位移曲線變化特性。從圖 4-5(b)與 4-6(b)中可以發現到 雖然都是加強結構梁勁度，且兩者同樣得到位移曲線之位移剪少情形，但在傳 統框筒結構位移曲線可以反映出較大的位移降低比例，在內縮型式框筒結構位 移減少量則不多，且主要位移減少集中於下半部結構上，說明結構梁勁度提升 能降低整體結構側向位移量，而在改變結構梁勁度試驗中，將之使用於傳統框 筒結構中又比在內縮型式框筒結構上來的有效。

分析翼板與腹板拆開分別加勁時，在圖 4-5(c)與圖 4-6(c)的結構位移行為比 較中，可以發現不管是傳統框筒結構或內縮型式框筒結構其圖表顯示之位移曲 線特性都是相近的，說明其框筒結構特性存在且一致，特性為改變結構翼板梁

分析翼板與腹板拆開分別加勁時，在圖 4-5(c)與圖 4-6(c)的結構位移行為比 較中，可以發現不管是傳統框筒結構或內縮型式框筒結構其圖表顯示之位移曲 線特性都是相近的，說明其框筒結構特性存在且一致，特性為改變結構翼板梁