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橫膈版的模擬與分析

附錄 A 混凝土結構技術規範(草案)

12.3 設計限制

12.4.2 橫膈版的模擬與分析

12.4.2.1 橫膈版模擬與分析應符合「建築技術規則」適用的規定,否則橫膈版模擬與分析應符合第 12.4.2.2 至 12.4.2.4 節之規定。

解說:

若「建築技術規則」包含一些設計條件下之橫膈版模擬要求,例如抵抗風載重和地震載重,其要求則優先於本 規範之規定。

12.4.2.2 橫膈版模擬與分析的步驟須符合第 6 章之規定 解說:

第6 章包括適用於橫膈版分析的一般規定。當因數化載重組合作用於橫膈版平面時,橫膈版一般設計為保持彈 性或接近彈性。因此,符合彈性分析理論的分析方法通常可被接受,彈性分析之規定參見第6.6.1 至 6.6.3 節。

橫膈版的面內勁度不僅影響橫膈版內受力的分布,也會影響豎向構件間的位移與受力的分布;因此,橫膈版勁 度的模擬宜與建築物特性一致。當橫膈版勁度遠大於豎向構件的勁度時,例如低跨深比且由彎矩構架支撐之場鑄 橫膈版,可以模擬為完全剛性構件。當橫膈版比豎向構件較具柔性時,例如由結構牆支撐之接合式預鑄系統,可 以模擬為橫跨於剛性支撐之柔性梁構件。在其他情況下,建議可以採更詳細的解析模型以考量橫膈版的柔性效應 對於位移和力量分配的影響;例子包括:建築物中橫膈版與豎向構件的勁度接近、建築物需要傳遞較大的力量,

以及停車場結構中,與上下樓版連接的車道版,其為建築物內的斜撐構件。

對於混凝土版構成之橫膈版,當其跨深比落在規定限值內 (限值會因風載重與地震載重而不相同),且結構無平 面不規則時,ASCE/SEI 7 允許假設其為剛性橫膈版;在其他條件下,如果剛性橫膈版之假設與預期行為合理地 一致時,ASCE/SEI 7 並未禁止剛性橫膈版的假設。即使落在 ASCE/SEI 7 規定限值之外,場鑄混凝土橫膈版按剛 性橫膈版的假設進行設計已有長期且令人滿意的表現。

12.4.2.3 對於橫膈版勁度之所有合理且一致性假設應可允許。

解說:

就低跨深比之完全場鑄橫膈版或預鑄構件與場鑄上覆版形成之橫膈版,通常將其模擬為受柔性豎向構件支承之 剛性構件。然而,當橫膈版的柔性效應會實質地影響計算的設計作用力時,橫膈版的柔性效應宜被考慮。當橫膈 版採用預鑄構件時,不論有沒有場鑄上覆版,都要考慮柔性效應。當傳遞力量大時,如第12.2.1(b)節解說所述,

藉由模擬橫膈版的面內勁度可以得到更真實的設計力。長跨度、大面積開孔,或其他不規則的橫膈版,設計上宜 考慮可能發展的面內變形 (參考圖 R12.4.2.3a)。

面內為剛性與半剛性的橫膈版,其內力的分布,可藉由模擬橫膈版為水平剛性梁並支撐於等同豎向構件側向勁 度彈簧上之方式取得 (參考圖 R12.4.2.3b)。分析時宜考慮因建築物豎向構件抵抗中心與作用力中心偏心所造成建 築物整體扭轉之作用力。垂直作用力方向上的側向力抵抗系統構件可參與抵抗橫膈版之平面旋轉(Moehle 等人 2010)。

R12.4.2.3a 面內可視為非剛體之橫膈版案例

R12.4.2.3b 藉由模擬橫膈版為座落在柔性支承上之水 平剛性梁,以取得橫膈版之面內作用力

12.4.2.4 橫膈版面內設計彎矩、剪力與軸力的計算,應符合力平衡的要求,並滿足設計邊界條件。設計彎矩、

剪力及軸力應可依(a)至(e)擇一計算之:

(a) 若橫膈版可理想化為剛性時,可使用剛性橫膈版模型。

(b) 若橫膈版可理想化為柔性時,可使用柔性橫膈版模型。

(c) 界限分析所得之設計值,其為依橫膈版面內勁度的上、下限取兩組或兩組以上各別進行分析所得之包絡值。

(d) 可考慮橫膈版柔性之有限元素模型。

(e) 符合第 23.2 節規定之壓拉桿模型。

解說:

當長跨度、大跨深比、或不規則橫膈版並未造成柔性條件時,剛性橫膈版的模型已被廣泛使用在場鑄橫膈版與 預鑄構件及場鑄上覆版形成之橫膈版。

針對較具柔性之橫膈版,有時可採用界限分析法,將橫膈版模擬為座落於柔性支承上之剛性構件,與座落在剛 性支承上的柔性橫膈版,並取兩種分析的包絡值作為設計值。

有限元素模型適合所有類型的橫膈版,而且對於形狀不規則與需要抵抗大量傳遞作用力之橫膈版時特別有用。

勁度的調整宜考慮到設計載重下混凝土預期的開裂效應。對於仰賴機械式續接器之接合式預鑄混凝土橫膈版而 言,其有限元素分析模型可能宜考慮接縫與續接器。

壓拉桿模型可以用來設計橫膈版。在設計載重組合下,壓拉桿模型宜考慮作用力的反復特性。

12.5 設計強度 12.5.1 通則

12.5.1.1 針對每一適用之因數化載重組合,橫膈版與接合部的設計強度皆須符合 Sn ≥ U,且應考慮不同載重

效應間的交互影響。

效預力可用以抵抗橫膈版面內彎矩,再有其他額外彎矩時,就由額外配置的鋼筋抵抗。

12.5.1.5 當設計採用未受預力之黏裹預力鋼筋,以抵抗集力構件作用力、橫膈版剪力、或面內彎矩所引起之拉 力時,用以計算抵抗力之鋼材應力值不得超過規定降伏強度與4,200 / [420 MPa]之較小者。

解說:

未受預力之黏裹預力鋼筋,如鋼絞線或鋼棒,有時用來抵抗橫膈版設計作用力。針對假定降伏強度予以設限,

是為了控制裂縫寬度和避免接縫張開。本規範不包括未受預力之黏裹預力鋼筋的伸展規定。其他種類鋼筋的應力 限值在第20 章規定。