水帄側向位移比較

5.1.1 束型框筒柱間距

圖 5-1 為改變束型框筒模型的柱間距之後，受水帄側力作用之下隨者高度變化之 側位移。我們分別使用原先設定的柱間距五公尺模型(5-M)，和柱間距四公尺(4-M)以 及三公尺(3-M)受同一水帄作用力下之比較各高度下的側位移。

為了在改變束型框筒柱間距之後，還能夠保持各框筒每一邊之總柱面積量相等，

以便我們得到在相同斷面積而不同柱間距的基礎下，來比較剪力延遲效應以及側向抵 抗能力。因此模型 4-M 的每根內柱其厚度改為 0.77 公分，而模型 3-M 的每根內柱厚 度則改為 0.056 公分，而主柱部分則不改變厚度。

其模型 5-M 之頂端位移為 3.24 公尺；模型 4-M 之頂端位移為 3.10 公尺；模型 3-M 之頂端位移為 2.94 公尺，相當直觀的可以了解到當一但縮短了束型框筒之柱間距，其 每各個框筒外圈的勁度也會因此而增加，如此一來整體結構抵抗側向外力的力量也隨 之提升許多，因而減少了因為外力而產生之側位移。

縮短結構物之柱間距，雖然是相當直接且有效的抵抗側位移法，但其在實際使用 上卻會壓縮到許多活動空間，因此在考量到經濟效應的考量之下，我們需要更有效率 的側向勁度強化方法。

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5.1.2 束型框筒結構搭配剛臂支架

為了減少束型框筒結構受水帄側力時的側位移且不使用縮短柱間距之方法，我們 在束型框筒上搭配使用剛臂支架系統來增加側向勁度。

圖 5-2 即為柱間距為五公尺之束型框筒結構搭配不同斷面之剛臂支架後受側向外 力隨高度變化之側位移。

其各模型代碼註解如下：

(a) 5M-O1：束型框筒柱距五公尺搭配剛臂支架、剪力核心第一斷面(圖 4-3)、水帄桁 架第一斷面(圖 4-3)。

(b) 5M-O2：束型框筒柱距五公尺搭配剛臂支架、剪力核心第二斷面(圖 4-10)、水帄桁 架第一斷面(圖 4-3)。

(c) 5M-O3：束型框筒柱距五公尺搭配剛臂支架、剪力核心第二斷面(圖 4-10)、水帄桁 架第二斷面(圖 4-10)。

再受到相同水帄側向力的作用之下，模型 5M-O1 之頂端側向位移為 2.66 公尺；模 型 5M-O2 頂端側向位移為 2.57 公尺；模型 5M-O1 之頂端側向位移為 2.55 公尺。

模型 5M-O1 改變剪力核心結構的斷面尺寸即為模型 5M-O2，其頂端位移減少了 9 公分；模型 5M-O2 改變水帄桁架結構的斷面尺寸即為模型 5M-O3，其頂端位移只減 少了 2 公分。由此我們可以發現，當剪力核心結構斷面改變時，整體側位移減少的量 大於改變水帄桁架斷面所減少之量，若是能夠加強剪力核心之側向勁度使其影響到水 帄桁架上，即較能提升整體建築結構之側向勁度。

由於模型 5M-O3 能得到較小之側位移，圖 5-3 即比較模型 5-M、5M-O3、4-M、

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4M-O3(束型框筒柱距四公尺、剪力核心第二斷面、水帄桁架第二斷面)、3-M 受到水 帄側力影響下隨高度變化之側位移。

我們可以發現到利用剛臂支架系統搭配柱間距五公尺之束型框筒結構(5M-O3)受 到側向外力影響下之側向位移小於柱間距四公尺之束型框筒(4-M)，所以利用此強化系 統是可以有效減少結構側向位移且較有經濟效應。

而另一方面柱間距四公尺之束型框筒結構搭配剛臂支架(5M-O3)受作用力下的側 向位移也小於柱間距三公尺之束型框筒(3-M)，但是縮小的量似乎有減少的趨勢，可見 其剛臂支架之影響能力對於柱間距越小的案例則越低。

5.1.3 束型框筒結構搭配大型對角斜撐

接下來我們在此節使用大型對角斜撐來強化原束型框筒結構，使之側向勁度提升。

柱間距五公分並搭配大型對角斜撐之束型框筒模型我們代號稱 5M-B；柱間距四公分 並搭配大型對角斜撐之束型框筒模型我們代號稱 4M-B，圖 5-4 則為模型 5-M、模型 4-M、模型 3-M、模型 5M-B、模型 4M-B 受到水帄側向力影響之下隨高度變化之側向 位移。

其各模型代碼註解如下：

(a) 5-M：束型框筒柱距五公尺。

(b) 4-M：束型框筒柱距四公尺。

(c) 3-M：束型框筒柱距三公尺。

(d) 5M-B：束型框筒柱距五公尺搭配大型對角斜撐，其斜撐斷面如圖 4-10。

(e) 4M-B：束型框筒柱距四公尺搭配大型對角斜撐，其斜撐斷面如圖 4-10。

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可以發現到模型 5M-B 其頂端側位移相當遠離模型 5-M 之頂端側位移，甚至與模 型 4-M 以及 3-M 相比，其側位移都相較來得小。而在高度 600 公尺以下時模型模型 5M-B 的側向位移看起來是相對來得更小，表示大型對角斜撐在高度較小時，所能發 揮的抵抗能力較大。

而模型 4M-B 其頂端側位移則離模型 3-M 有一段距離，可見大型對角斜撐之影響 能力對於柱間距越小的案例則越低，但是整體搭配起來的效果是相當良好的。

雖然看起來其抵抗側向力之效應小於使用剛臂支架系統之成果，但其所需使用之 鋼材量也少於剛臂支架所需要使用之量，再加上其實際施工較為方便，若能搭配適當 結構柱間距，是為效應相當良好之束型框筒結構側向勁度加強法。

5.1.4 忽略內桿

為了更明顯看出以上兩種勁度加強系統對於束型框筒抵抗側向水帄力的影響，我 們分別把模型 5M-O3 及模型 5M-B 之結構內柱移除，只留下主柱、梁、勁度加強系統 後得到模型 5M-O3 NC、模型 5M-B NC。

其各模型代碼註解如下：

(a) 5-M：束型框筒柱距五公尺。

(b) 5M-O3 NC：束型框筒柱距五公尺搭配剛臂支架、剪力核心第二斷面(圖 4-10)、水 帄桁架第二斷面(圖 4-10)，並移除模型內柱。

(c) 5M-B NC：束型框筒柱距五公尺搭配大型對角斜撐，其斜撐斷面如圖 4-10，並移 除模型內柱。

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圖 5-5 即為模型 5M-O3 NC 與模型 5M-B NC 受到水帄側向風力後隨高度分布之側 位移。我們可以發現到在剛臂支架影響之下每隔兩百公尺處，也就是擺放水帄桁架的 地方，側位移圖有明顯的束制情形，但整體位移圖猶如一條直線。也就表示在剛臂支 架的作用下，彎矩變形被抵制掉許多，因此整體走向看起來像是剪力變形影響下的位 移圖形。

另一方面在大型對角斜撐的影響下，其側向位移圖如同波浪般的型態，在斜撐與 角柱相結之高度(Z=240、480、720、960)位移束制最大，接下來每個區段變形呈現二 次函數走向，直到下一個與角柱之相接點。表示其方法未能完全抵制住此外力下所造 成的彎矩變形，而高度越高，變形量也隨之提升。高度越高，越看得出來像似彎矩變 型。