第四章 結構案例分析
4.1 內縮型式框筒結構與傳統框筒結構之結構組成比較
在使用 SAP2000 軟體所建製之內縮型式框筒結構模型其各項參數及其結構 桿件配置組成方式如下：
(1) 整體框筒結構模型大小為高度 1200 公尺之方尖塔型式之高層結構模型如圖 4-1(a)所示。
(2) 框筒結構斷面為方形並隨著高度縮小斷面，框筒結構底部其翼板與腹板長 度為 240 公尺，每向上提升 5 公尺結構高度其框筒結構之翼板與腹板則縮 減 1 公尺長度。
(3) 結構桿件的材料使用為鋼材，其彈性模數
E
為 2.04×107ton/m2，剪力模數G
為 7.84×106 ton/m2.。(4) 每層樓高度為 5 公尺，結構柱與柱之間相隔間距為 5 公尺，邊柱斷面為 1 公尺×0.5 公尺而厚度為 0.1 公尺之方筒形斷面，角柱斷面為 2 公尺直徑大 小厚度 0.1 公尺之圓筒形斷面，結構梁斷面為 I 形斷面。
(5) 邊柱由於並非方形或圓形斷面，而為長方形斷面型式，因此存在著弱軸斷 面，為了提升整體框筒結構的勁度，邊柱將其柱斷面強軸與排列方向平行 如圖 4-2 所示，使其框筒結構更加強勁。
(6) 四邊邊柱由結構外側向內側傾斜，邊柱長度為 5.0249 公尺，邊柱傾斜與水 平向之夾角為 84.3 度，四角角柱則向結構中心傾斜，角柱長度為 5.0498 公 尺，角柱傾斜與水平向之夾角為 81.95 度，結構如圖 4-3 所示。
(7) 整體結構依不同高度各節點束制為剛性樓板，各樓層水平位移量皆為一 致。
(8) 為了只考慮結構受風力作用情形，因此不考慮本身結構自重做分析。
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(9) 外力施加為風力載重，風力載重大小由耐風設計規範求得，因為外部結構 表面與受風力載重方向並非垂直，所以受風面積為結構受風面投影至與水 平面垂直之面積大小做為受風面積如圖 4-4 所示，根據不同的高度將風力 載重依據距離面積形心距離按比例分佈於上下端點施加，得到各層對應之 風壓大小，由於風速隨高度增加，風壓也因此上升，但由於 500 公尺以上 風速不再變化增加，又受風面積隨高度減少，風壓開始降低。
4.1.2 對照之傳統框筒結構模型建立
為了了解內縮型式框筒結構與一般傳統框筒結構的差異，同時也製作了一 傳統型式框筒結構做比較，兩種模型共同點為同屬外部結構做為抵抗風力型式，
邊柱斷面大小尺寸與方向配置皆相同，角柱的斷面大小與尺寸也一致，總體結 構高度皆為 1200 公尺，材料使用也為型鋼其彈性模數與剪力模數相同，節點的 束制也採用剛性樓板型式，同樣結構不考慮自重情形，而兩者結構不同的參數 則如下：
(1) 傳統框筒結構斷面翼板與腹板長度皆為 240 公尺且不隨結構高度做變化，
整體模型如圖 4-1(b)所示。
(2) 傳統框筒結構邊柱及角柱與水平地表面垂直，為垂直向立柱。
(3) 傳統框筒結構其外部結構表面與風壓施加方向垂直，且不似內縮型式框筒 結構在不同結構高度其受風面積隨高度不斷減少，傳統框筒結構在任意高 度中其受風面積皆為定值。
4.1.3 施加設計風壓的各種參數使用依據準則
根據建築物耐風設計規範與解說，為了選定一有效的設計風壓做為模擬結 構受風力荷載之情形，需要對設計風壓訂定各種假設條件情形，以期望得到與 現時實際現況相符之風力作用結果。根據建築物耐風設計規範與解說[13]所規
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定，整體框筒結構為封閉式建築物，其變動參數的使用設定如下：
(1) 根據不同的地況情形依建築物所在位置及地表特性其耐風設計規範將之分 為地況 A、地況 B、地況 C 三類，又不同的地況查表 3-2 會得到不同的風 壓使用參數值，所以需要對建築結構所使用的地況做選擇，在此使用地況 A 其類型表示為在大城市的市中心區域。參數特性為梯度高度 (gradient height)
Z
g為 500 公尺，表達意義為風速在超過此高度後保持均勻分佈不再 增加，其高度得到之風速稱為梯度風速(gradient velocity)。(2) 不同地點的基本設計風速
V
10 C
為中括號內字母表示其地況種類，一般地況 假設為 C 類型，代表意義為距離地表 10 公尺高度，且相對於 50 年回歸期 之 10 分鐘的平均風速，在此選用為台灣本島地區最大之 47.5 公尺風速區，單位為 m/s。
(3) 用途係數 I 為因為不同的建築物在使用上的考量不同，為提高特定建築物 受風速之回歸期為 100 年大於基本設計風速對應之回歸期 50 年，訂定用途 係數 I，在此使用
I 1.1
。(4) 風速壓
q z
利用第三章 3.2 節之公式(3.2)求得，其中注意由於假設之地形無 高低起伏變化，因此地形係數K
zt假設為 1。(5) 陣風反應因子
G
f 也根據第三章 3.2 節之公式(3.5)求得。(6) 封閉式建築物抵抗風力系統所使用之設計風力其風壓係數為
C
p，根據表格 3-3 在此所使用之C
p大小為 0.8。24