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直接設計法 解說:

附錄 A 混凝土結構技術規範(草案)

8.10 直接設計法 解說:

直接設計法為版與梁之斷面上彎矩分配規則,以同時符合安全性與大多數使用性之需求。直接設計法涵蓋三個 基本步驟如下:

(1) 決定總因數化靜力彎矩 (第 8.10.3 節)。

(2) 分配總因數化靜力彎矩至正、負設計彎矩區 (第 8.10.4 節)。

(3) 分配正、負因數化彎矩至柱列帶、中間帶及梁等 (第 8.10.5 節與第 8.10.6 節)。此分配彎矩至柱列帶及中間 帶,也用於等效構架法中 (第 8.11 節)。

8.10.1 通則

8.10.1.1 符合第 8.10.2 節限制之雙向版應可按第 8.10 節設計。

解說:

直接設計法是根據有梁版和無梁版之彎矩分析理論步驟、簡化設計與施工程序之要求,及往例之版系統行為等 所發展出來的。故版系統依直接設計法設計時,宜受第8.10.2 節限制。

8.10.1.2 若藉由分析證實符合力平衡與幾何諧合條件、在每一斷面上之設計強度都至少與需求強度相同,及能 符合包括撓度限制等使用性條件,則第8.10.2 節之限制應可作變動調整。

解說:

只要能藉由分析證明特定限制不適用於該結構上,即便其不符合第8.10.2 節之限制,還是可以使用直接設計法。

針對承載非可移動載重之版系統,如水庫中所有壁版上之載重皆相同,則不必符合第8.10.2.6 節之活載限制。

8.10.1.3 對於圓形或正多邊形支承,應將其考慮為具相同斷面積之方形支承。

解說:

若支承構材非方形斷面或其方形之邊不平行於跨度方向,應將其考慮為具相同斷面積之方形支承。如圖 R8.10.1.3.所示。

R8.10.1.3 支承構材之等值方形斷面

8.10.2 使用直接設計法之限制

8.10.2.1 版之每向至少須有三個連續跨度。

解說:

此限制的主要理由,在於限制結構體中僅有兩個連續跨度時,其內支承負彎矩之大小不適用。直接設計法假設 第一個內支承負彎矩斷面,既非旋轉固定亦非不連續端情況。

8.10.2.2 版之每向由支承中心量測之相鄰兩跨度之差,應不大於較長跨度之 1/3。

解說:

此限制在於配合圖8.7.4.1.3a 上之規定,以避免於負彎矩鋼筋斷點之外尚有負彎矩存在。

8.10.2.3 格版須為矩形,其由支承中心量測之長短跨度之比值應不大於 2。

解說:

若格版之長、短跨度比值大於2 時,則於短跨方向所承受彎矩作用基本上屬單向版行為。

8.10.2.4 柱偏離相鄰兩柱中心線之距離,應不大於沿偏離方向跨距之 10%。

解說:

柱在規則矩形陣列中可作有限度偏移,如圖 R8.10.2.4 所示;該跨間各柱之偏離柱列中心線累積總值不超過該 跨度之20%。

圖R8.10.2.4 柱偏離柱列中心線之距離

8.10.3 跨間之總因數化靜力彎矩

式(8.10.3.2)係由 Nichol (1914) 推導而得,其簡單的假設反力集中於該跨間垂直跨度方向之支承面上。通常就相 鄰之半格版而言,即包含一個柱列帶寬及其兩側中間帶之半寬去計算靜力彎矩是適當的。

8.10.4.3 格版設計方向之正負因數化彎矩應可修正調整至多 10%,但其總因數化靜力彎矩,Mo,應不小於式 (8.10.3.2)計算之值。不應使用第 6.6.5 節規定進行彎矩再分配。

解說:

此條款允許依式8.10.4 計算之正負因數化彎矩,可有至多 10% 的折減,但設計方向之總因數化靜力彎矩,不 得小於按式(8.10.3.2)計算之 Mo。目的在說明依直接設計法分析之版可發生之非彈性行為及彎矩再分配相當有限。

第6.6.5 節規定之彎矩再分配不可用於彎矩為近似推估者。

8.10.4.4 負彎矩 Mu之臨界斷面應在矩形支承面上。

8.10.4.5 負彎矩 Mu應為同一支承相連兩跨間,較大之內負彎矩Mu,否則須將不平衡彎矩按其相鄰構件之勁度 作分析分配之。

解說:

在作支承設計時,宜考慮到柱或其他形式支承之兩側版彎矩之差異量。若作不平衡彎矩分配分析時,撓曲勁度 可按各相關構材之混凝土全斷面推算之。

8.10.4.6 邊梁或版外緣應能承受由外支承負彎矩 Mu所產生之扭力。

解說:

彎矩作用垂直於版外緣之邊梁 (或版邊構材) 者,宜傳遞到柱或牆。由此彎矩衍生之扭矩應力宜予探討。

8.10.5 柱列帶之因數化彎矩

8.10.5.1 柱列帶應能承受依表 8.10.5.1 比例分配之內支承負彎矩 Mu

8.10.5.1 柱列帶之內支承負彎矩 Mu比例

αf12/ℓ1

2/ℓ1

0.5 1.0 2.0

0 0.75 0.75 0.75

1.0 0.90 0.75 0.45

註:中間值以線性內插法求之。

解說:

將彎矩分配到柱列帶、梁、及中間帶的規則,係根據以往針對彈性版具有各種勁度邊梁之研究 (Gamble 1972),

利用由此衍伸的彎矩係數設計尚稱成功。

為求以牆作版外緣支承之半柱列帶彎矩,可利用式(8.10.3.2),其 ℓn可設為平行於該柱列帶之相鄰柱列帶之柱與 柱跨距n;而該牆可以視為慣性矩Ib無限大之梁。

8.10.5.2 柱列帶應能承受依表 8.10.5.2 比例分配之外支承負彎矩 Mu

8.10.5.2 柱列帶之外支承負彎矩 Mu比例

8.10.5.7.1 梁之柱列帶彎矩 Mu比例

αf1 2 / ℓ 1 分配係數

0 0

≥1.0 0.85 註:其中間值以線性內插法求之。

8.10.5.7.2 除按第 8.10.5.7.1 節計算彎矩外,梁上直接載重包括梁在版上下突出部分之重量,所產生之彎矩應由 梁承受。

解說:

直接作用於梁之載重至少包含版之均布靜載重;為裝修後再疊加之均布靜載重,包括:均布天花板載重、樓版 粉飾、或假設等效隔間載重,以及活載重等。所有載重通常包含在式(8.10.3.2)中 qu。直接作用於梁之線載重包括 沿著梁中心線之隔間牆與額外之梁身靜載重。集中載重包含梁上加柱或梁下吊掛物。僅作用於梁身寬度內(非梁 之有效寬度)之載重才認定為梁直接載重。按第8.4.1.8 節定義之梁有效寬度僅供計算強度及相對勁度。對於作用 在版上位於梁身之外的線載重和集中載重,應予考慮求取其作用於版及梁之比例。亦可參閱第8.10.5 節解說。

8.10.6 中間帶之因數化彎矩 解說:

參閱第8.10.5 節解說。

8.10.6.1 正負因數化彎矩除由柱列帶承受者外,其餘應由其兩側之半中間帶承受之。

8.10.6.2 中間帶應承受兩相接半中間帶之合彎矩。

8.10.6.3 相鄰且平行於牆支承之版邊緣中間帶,應承受兩倍第一排內支承之半中間帶分配彎矩。

8.10.7 柱與牆之因數化彎矩

8.10.7.1 與版系統澆置成一體之柱與牆,應承受由版系統上之因數化載重引致之彎矩。

解說:

對無邊梁或無懸臂版之平版或片版,將版上彎矩傳遞到邊柱上之鋼筋設計及細部對其行為與安全均十分重要。

把完整的設計細部載明於施工文件內是重要的,包含縮小間距以集中鋼筋於柱上方或提供額外鋼筋。

8.10.7.2 除經分析外,於內支承處版上下之柱或牆應按其勁度分配式(8.10.7.2)之彎矩。

Msc= 0.07 ( + 0.5 )ℓ ℓ − ′ℓ ′(ℓ ′) (8.10.7.2) 其中qDu′、ℓ 2′、ℓ n′以短跨為依據。

解說:

式(8.10.7.2)係依據兩相鄰不等跨間,於較長跨間上承受全部靜載及一半之活載,並於較短跨間僅受靜載重而得。

8.10.7.3 依第 8.4.2.3 節所規定傳遞至版與邊柱間之重力載重彎矩應不小於 0.3Mo