結構分析模式-地上結構

結構物分析模型之正確與否，對於其後續耐震設計與相關耐震檢核 之影響甚大，對於不當之結構物分析模式，不論其採用之分析方式為靜 力分析或動力分析，其分析所得之如桿件內力、構材變形、層間變位等

計是否當作為結構抗側力系統。即使二維模型已能對規則對稱結構、及 含柔性樓版之建物提供適當的結構特性，一般而言，建物應以三維之構 件建立模型、分析及檢核，對於具不規則性之建物，則須以三維數值模 型進行分析與設計。進行分析、設計及檢核時，建立之分析模型需考量 及模擬建物受地表震動正負方向作用的反應，即地震力加載方向需同時 考量正負方向作用的結果。

結構分析首先要建立正確的結構分析模式，而模式之模擬，基本原 則是照實模擬，以求分析所得內力的正確性。一般結構分析模式之建 立，大概分成兩個部分，第一部分將地下室最下一層的柱底固定，以上 的結構整體為一個模式。除了基礎相關構材之外之其他構材之內力均利 用此結構分析模式來求取，不管是進行靜力分析或是動力分析都是使用 此模式。第二部分的結構分析模式，則是針對基礎的分析，其結果供筏 基及樁基之設計。以下謹就基礎以上結構其須注意的要點說明如下。

1.梁柱接頭的剛域要加以考慮，譬如 RC 結構可以考慮全部，鋼結構可 以折減 50%或 100%。

2.RC 構材之 EI 值，柱應打七折，梁本來應打三五折，但考慮樓版 T 梁 效應後，可以打七折。由於梁、柱同時打折對結構分析之內力沒有什 麼影響，一般都未打折。但當檢核地震層間變位角時，就應該打折。

以後的規範著重性能設計法，位移的控制也是其設計目標之一，所以 EI 值的正確使用就很重要。

3.樓版常因幾何形狀與開孔，不能假設為整塊剛性版，此時要假設為多 塊剛性版，其間以柔性版相連。凡柱不與樓版相連者，其自由度應與 剛性版分離。

4.地下室的外牆要建入結構模式中，由於其勁度已很大，因此地下室各 層之質心通常不必再置放三個自由度的彈簧。

結構分析模型其與一些相關之模擬分析參數有關，以下列出建置地 上結構分析模型需加以考量及檢查之項目。

於樓層之懸挑部份若無較剛性構材將其連接於抗側力構材上及 其懸挑尺寸大於結構平面尺寸1/10 時，則分析模型應該包括此 懸挑部份。

2.結構物分析模型是否能反應建物立面與平面之不規則性

說明： 對於具不規則性之建物，須以三維數值模型進行分析與相關檢 核，對於會造成結構為立面或平面不規則之非結構構材或固定 設備設施重量亦需包含於整體分析數值模型中而不可忽略。

3.樓板之模擬是否正確

說明：樓版會傳遞地震引致之慣性力至抗側力系統之桿件。數值模型 之建立應能反應樓版勁度。一般認定混凝土樓板或鋼承版上澆 鑄混凝土可視為剛性樓版，但對於樓板不連續性高(開孔範圍 多)、非常不規則、極狹長形狀或無澆鑄混凝土鋼承版的樓板，

則需將其視為柔性樓板或分割為多個剛性樓板區域來進行模 擬，在耐震設計規範中並未明確規定如何判斷樓板為剛性樓板 或柔性樓板，在美國FEMA 356 研究報告對於剛性或柔性樓板 之判斷方式為採用沿整體樓板長度方向之最大水平變形與相鄰 層抗側力垂直構材之平均層間變位的比值來判斷。

對於某些柱之端點若未與樓板相連時，如ETABS 程式中假設 樓板為剛性就不適用於這些節點。此時應將柱端點的自由度視 為獨立，不隨樓版整體移動，此時其附近的梁與版，也會有軸 力產生。

4.各構材之強度與勁度模擬是否正確

說明：各構材之強度與勁度之模擬需根據其相關設計規範之規定進 行，如RC 結構之混凝土彈性模數、構材抗彎勁度與抗剪勁度 可依照「混凝土工程設計規範與解說」之規定來計算模擬，但 計算決定設計地震力大小之結構週期時，不宜採用開裂斷面之 勁度來模擬。另對於S 結構可依「鋼結構容許應力設計法規範

對於埋設於混凝土中之元件，可假設完全複合之行為來計算勁 度，但強度計算不能假設具複合行為，除非能確定其力量傳遞 分配或有相關規範之規定。鋼造結構中對於有混凝土澆鑄之構 材，勁度應考慮複合行為，但複合斷面之寬度應取為鋼材之寬 度為原則，且不得包含鄰接的樓版，除非混凝土與鋼材之間有 適當的剪力傳遞機制。

5.接頭之模擬是否合適

說明：抗彎接頭應採全斷面之特性模擬，並可假設梁與柱間為剛性接 合或適當折減鋼域。模擬可採用梁、柱中心線至中心線的尺寸，

或可將交會區假設為剛性而將梁柱之部分線段平移。梁柱交會 區勁度亦可於分析模型中直接加入適當元素(彈簧)來直接考 慮。

鋼造結構中對於採用剪力板之接合方式常用於僅設計承受垂 直載重而不須採用抗彎接合之梁柱接頭。接頭勁度可以旋轉彈 簧連接梁與柱的方式進行模擬或將剪力板接合處模擬為鉸 接，若模擬為鉸接一般而言對其他構架為保守之假設。旋轉彈 簧之勁度或梁之等效勁度可參考建研所報告「鋼結構建築耐震 評估、補強及修復準則之研擬」中之建議。

6.主要構材與次要(非結構)構材之判斷與模擬是否正確

說明：構材需區分為主要構材、次要構材或非結構構材。本研究之主 要構材為指設計上需承擔靜(活)載重與地震力之柱、大梁、剪 力牆與斜撐等構材。次要構材則指設計上僅承擔垂直載重之構 材，如小梁、鉸接柱等。非結構構材為指設計上不需承擔任何 載重之活動隔間牆、磚牆、隔間RC 牆或 RC 外牆等。

數值分析模型應包含主要構材提供之勁度和強度。根據FEMA 356 規定若所有次要構材之側向勁度合超過所有主要構材勁度 合的25%時，則應該將一些次要構材視為主要構材來包含於整 體分析模型中，以使其他次要構材之總勁度合低於主要構材初 始勁度合的25%。

非結構構材亦需包含於整體分析數值模型中而不可忽略。

7.樓層重量與質心位置是否正確

說明：現工程界常用之一般軟體如ETABS 及 SAP2000 等皆有自動計 算樓層重量與各剛性樓板質心位置之功能，但由於次要構材或 非結構構材可能不包括於分析模型中，所以計算所得質心位置 為主要構材與樓板質量合之質心，並未包括次要構材與非結構 構材，因此次要構材與非結構構材之重量需仔細計算並包括於 分析模型中，對於次要構材或非結構構材均勻分佈於樓層者，

可假設其為均佈質量並附加於樓板上，但對於分佈不均勻者，

則需依其分佈位置來考量與模擬。對於使用無自動計算樓層質 心位置功能之程式進行分析時，質心位置需依構材分佈形式採 合理方式進行計算並於計算書中列出計算方式與算例。

8.屋突層重量與幾何形狀模擬是否正確

說明：屋突層之構材佈置應依原設計確實模擬，不宜採用簡化模型或 忽略屋突層之存在，水箱位置與重量亦需適當加以考量；一般 屋突層皆設置有厚度較厚之外牆，對於主要之外牆應該適當包 括於分析模型中；對於屋突層之柱構材為梁上柱之形式的結 構，則對於支承梁之上下部的牆體應該於分析模型或設計中加 以考量其效應，以確實反應支承梁於地震下需實際承擔之內力 值。

9.地上層之基面選擇是否適當

說明：對於建物地上層之基面選擇一般以一樓樓板為主，但需注意對 於一樓樓板面抬高於地面之情況，則基面則以地面為主來計算 建物之地上層高度。另對於可能有土壤液化工址亦需注意其因 液化而使地上層基面降低之情況是否有考量於設計中。

在建構基礎模型時，結構工程師可依適當的材料性質來組合每個構 件，如同建立主結構系統時一樣，須要經驗判斷以取得精確度與簡易度 之間的平衡，一個太過簡易的結構模型可能遺漏某項重要物理性質，而 導致不可信賴的結果，但太過複雜的模型又增加誤判的機會，或是使得 簡單的問題複雜化。結合基礎系統與上部結構系統時，兩者的的組成架 構必須是調和一致的，這樣才能有效率地將整座建築物在受地震作用時 的反應有效且正確地表現出來。

結構物的耐震行為分析可藉由直接包括地下結構與基礎於分析模 型中而將地下結構與基礎的影響一併考慮，考慮基礎效應的結構模型其 特性會與相關之分析參數有關，結構工程師必須對所需的精確度做出判 斷，以得到分析結構物的重要行為模式。

基礎的勁度與強度會影響上部結構在地震時的性能表現，結構工程 師必須決定如何適當正確將基礎的影響加在分析模式中，在一些實例中 大地工程師的專業幫助是十分有用的。大地工程師必須注意的是高強度 與高勁度並不一定較柔度與韌性要來得好，軟弱地盤的假設對結構的反 應並不一定是保守謹慎的，最好的方式是提供一特定範圍的值，將所有 可能發生的情況都考慮到。非常精確地評估土壤性質會使得工程費用相

基礎的勁度與強度會影響上部結構在地震時的性能表現，結構工程 師必須決定如何適當正確將基礎的影響加在分析模式中，在一些實例中 大地工程師的專業幫助是十分有用的。大地工程師必須注意的是高強度 與高勁度並不一定較柔度與韌性要來得好，軟弱地盤的假設對結構的反 應並不一定是保守謹慎的，最好的方式是提供一特定範圍的值，將所有 可能發生的情況都考慮到。非常精確地評估土壤性質會使得工程費用相