3.1 適用範圍
凡有下述任一情況之建築物,需以動力分析方法設計之:
1. 高度等於或超過 50 公尺或十五層以上之所有規則性或不規則性建築物。
2. 建築物超過 20 公尺或五層以上,且其勁度、重量配置或立面幾何形狀具有表 1-1 第 1 至第 3 種立面不規則性,或具有表 1-2 平面扭轉不規則性者。
3. 建築物超過五層或 20 公尺,非全高度具有同一種結構系統者。
動力分析方法除另有指定者外,可為反應譜分析法或非線性歷時分析法。
解說:
一般而言,建築物不規則者,須進行動力分析。
3.2 設計水平加速度反應譜係數
動力分析採用韌性折減之加速度反應譜係數 SaD/Fu,其定義與第二章相同。
動力分析之調整係數為 I/(1.4αy),但為避免中度地震時建築物過早降伏,調整係 數不得低於 IFu/(3.5αy)。
建築物因地上結構、地下室結構及基礎土壤互制等值彈簧之阻尼比不同時,
得依可信理論計算複合振態阻尼比。建築物阻尼比異於 5%阻尼時,可依建築物 有效阻尼比ξ由表 3-1 內插短週期與長週期的阻尼修正係數 BS與 B1,將工址短週 期與一秒週期之設計水平譜加速度係數 SDS與 SD1
修正為 S
DS/BS與 SD1/B1。SDS 與 SD1之定義與第二章相同。如無特別說明,結構阻尼均設定為 5%,而阻尼修 正係數 BS=B1=1.0。一般工址或近斷層區域之設計水平加速度反應譜係數 SaD,隨建築物基本振 動週期 T 與工址短週期與一秒週期之設計水平譜加速度係數 SDS/BS與 SD1/B1而改 變,如表 3-2 所示。其中,短週期與中、長週期的分界 T0滿足
5 . 1
1 1
0
=
B S
B T S
DS S
D (3-3)
台北盆地之設計水平加速度反應譜係數 SaD,隨建築物基本振動週期 T 與工 址短週期與中、長週期設計水平譜加速度係數 SDS/BS與 1.32SDS/B1而改變,如表 3-3 所示。其中,短週期與中、長週期的分界
T
0滿足1 0
32 . 1
B
T
=B
S (3-4)採用動力分析時,設計水平加速度反應譜係數 SaD不須給予如(2-8)式般之下限限 制。
解說:
欲進行動力分析,首先要決定設計地表加速度值,茲取(2-1)式與(2-16)式來 計算設計地表水平加速度係數,以便與靜力分析方法相對應。實例分析時,調整 係數只要取 I/(1.4αy)與 IFu/(3.5αy)之大值,進行一次動力分析即可。如此便可使 建築物在大地震中韌性需求不超過容許韌性容量,而在中度地震時也不致產生降 伏。進行動力分析,工址之設計水平加速度反應譜係數 SaD是一個必備的資料。
事實上因 SaD值為加速度反應譜值與重力加速度的商,因此程式在設定調整係數 時還要乘以
g
。譬如長度以公尺計之單位系統,要再乘以 9.8。阻尼比異於 5%時之阻尼修正係數 BS與 B1,係參照 IBC2000 規範之規定。
基礎土壤互制等值彈簧之阻尼比可考慮土壤材料阻尼與輻射阻尼,應依可信理論 計算,並可依下式計算複合振態阻尼比:
{ } [ ] { } { }
J T[ ] { }
i JJ i iT J i n i
J K
k φ φ
ξ φ
ξ =∑ =1 φ (C3.1)
其中:
ξJ:第
J
個振態之複合振態阻尼比 [K] :整個系統之勁度矩陣[ ]
k i:第i
個構材之勁度矩陣{ }
φ J :第 J 個振態之振態形狀向量{ }
φJ i :第i
個構材在第 J 個振態所對應自由度之振態形狀向量 ξi :第i
個構材的阻尼比針對極短週期之結構而言,結構體與地表同步運動,不會因阻尼比變化而受 影響,因而推得如表(3-2)與(3-3)所示較短週期結構之內插公式。
表 3-1:短週期與長週期結構之阻尼修正係數 BS與 B1
有效阻尼比ξ (%) BS B1
<2 0.8 0.8
5 1.0 1.0
10 1.3 1.2 20 1.8 1.5 30 2.3 1.7 40 2.7 1.9
>50 3.0 2.0
表 3-2:一般工址設計水平加速度反應譜係數 SaD
3.4 結構動力分析模式
CQC 法為 Complete Quadratic Combination Method 的簡寫,其振態疊加考慮 了兩兩振態間的相關性。某物理量依下式進行振態疊加:
3.6 非線性歷時分析
至少三組相互垂直之水平向強地動記錄,並確切反映工址最大可能地震之地 震規模、斷層距與震源效應。地震記錄不足時,可採用數值模擬之地表運動歷時。
針對任一組雙水平向地震記錄,利用 SRSS 法則,計算 5%阻尼反應譜。同 時,必須比例調整地震記錄振幅使得位於 0.2T 至 1.5T 範圍內的譜加速度不得低 於設計譜加速度值之 1.4 倍,其中 T 為建物基本模態之振動週期。
三組地震記錄時,採最大反應譜加速度進行設計;達七組以上之地震記錄 時,可採反應譜平均值進行設計。
以非線性模型分析結構反應歷時,其反應不得再以 1.4αy
F
u/I 予以折減。3.7 動態扭矩
動力分析各層所產生之動態扭矩必須考慮,可算得動態偏心距,加上意外偏 心距後,以等值靜態地震力來施加。如動力分析直接取構材內力來振態疊加,因 意外偏心不易加入,可將各層質心偏移計算質心±5%建築物平面尺度的四個位 置,逕行進行動力分析設計之。
解說:
動力分析各層振態疊加所得之動態扭矩,除以該層水平向振態疊加地震力,
可算得動態偏心距。意外扭距可考慮 5%平面尺度乘以 2.14 節的
A
x。將動態偏 心距加上意外偏心距得設計總偏心量,其後可依靜態地震力施加分析之。直接進行動力分析,取構材內力振態疊加值逕行設計的情況,意外扭矩的考 慮必需將質心位置偏移至±5%尺度的四個點上,分別進行動力分析,才可將動態 扭矩及動態意外扭矩的效應一併考慮進去。
3.8 建築物地下部份設計地震力
建築物雖進行動力分析,但地下室各層施加之設計地震力仍應照 2.12 節之 規定計算。
解說:
建築物地下室各層所受之地震力,主要係由於地震時土體變形產生的強制變 位而產生。一般地下室有勁度頗大的外牆,動力分析時只要考慮足夠的振態,使 地面一層的總剪力正確,其後再在地面層與地下室各層加上 2.12 節計算所得的 地震力即可。
3.9 層間相對側向位移與建築物之間隔
根據動力分析算得之層間相對側向位移角,須滿足 2.16.1 節規定之容許值,
建築物之間隔亦得按 2.16.2 節之規定檢核。
解說:
容許層間相對側向位移角與建築物間應留設之防碰間隔不隨分析方法變更 而有異動。
3.10 極限層剪力強度之檢核
根據動力分析結果設計之建築物,仍應按 2.17 節之規定檢核極限層剪力強 度。
解說:
根據動力分析結果完成彈性與韌性設計之建築物,應按 2.17 節的規定檢核 各層之極限層剪力強度。若弱層之強度足以抵抗設計地表加速度為0.4
S
DSIg
之地 震時,不在此限。3.11 垂直地震效應
建築物雖進行動力分析,但垂直地震效應得照 2.18 節之規定考慮。
解說:
由於一般分析建築物的程式如 ETABS 程式,樓層並不具備垂直向的自由 度,因此無法進行垂直向的地震動力分析。考慮垂直地震效應得照 2.18 節的等 值靜力法進行。