結構模擬準則

3.7.1 模型建立

分析模型應包含所有能提供足夠勁度之構架，無論其原始之設計是否 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、分析及評估，對於具不規則之建物，則須以三維數值模型進行分 析與設計。

進行詳細評估或非線性靜力評估，建立之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。

3.7.2 偏心扭矩

真實的偏心扭矩效應必須加以考慮。在建築技術規則中，某一樓層之 總偏心扭矩包含下列兩項：

•真實偏心扭矩，樓層及其上方所有樓層因質量中心偏移而造成之偏 心扭矩。

•意外偏心扭矩，水平偏移量為指定樓層水平尺寸5%的最小值。

意外偏心扭矩是虛擬的機制，用以考慮真實發生的扭矩，但在進行 彈性分析時並不顯著。若結構產生非對稱的降伏，則這樣的扭矩可能在 建物中發生。

3.7.3 基礎模擬

一般而言，基礎可模擬為線彈性元素。對於柱底抵抗扭轉的束制之 假設應確實考慮構架與基礎之相對剛度，其包含土壤之效應與柱接基礎 接頭的細節等。當計算建物之週期與動力特性時，土壤與結構互制關係 可依相關規範來加以假設模擬。

大多數鋼構抗彎構架可藉由假設基礎為相對之剛性支撐來適當的 模擬。但基礎系統的柔度（及柱底接合）可能會改變構架的行為。在適 當的情況下，在建立分析模型時應對這些因素加以適當考慮。

3.7.4 樓版

樓版會傳遞地震引致之慣性力至抗側力系統之垂直桿件。數值模型 之建立應能反應樓版勁度。一般認定鋼承版上澆鑄混凝土可視為剛性樓 版，而以夾板當作樓版之用則視為柔性。無澆鑄混凝土之鋼承版柔度與 混凝土樓版中開孔應在分析模型中加以考慮。含

3.7.5 P-∆效應

P-∆效應是由垂直載重作用在變形之結構上所引起，對鋼構抗彎構 架影響可能相當明顯，尤其是當結構有較大的側向變位時。應對結構詳 加調查以確定地震引致之側向變形不會造成結構在垂直載中作用下之 不穩定。每一層樓每一方向之ψ_i應以下式計算：

i yi

i i

i V h

Pδ

ψ = （3-31）

其中

P

_i =包含靜載、永久性活載之結構總載重，及作用在第

i

層柱上之臨時活 載的25%。

V

_yi =在第

i

層考慮方向之樓層極限剪力強度。

h

_i =第 i 層樓高。

δ

i =在分析考慮方向上，第 i 層之剛心的側向變位。

在任意樓層中其ψ_i小於等於0.1 時，則結構不須對其穩定度進行更 進一步的檢測。當ψ_i超過 0.1 時，結構分析應考慮由 P-∆效應引起的額 外反應。當ψ_i超過0.3 時，除非對整體結構之穩定性進行評估，否則應 視結構為不穩定。

進行非線性分析時，二次效應應直接於分析中考慮，所有桿件受軸 向力之幾何勁度應包含於數值分析模型中。

3.7.6 構件之性質

純鋼構架鋼梁及鋼柱勁度的計算應依標準之工程方法決定，對於埋 設於混凝土中之桿件，可假設完全複合之行為來計算軸向勁度，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與混凝土韌性。

對於混凝土澆鑄之構件，勁度應考慮複合行為，但複合斷面之寬度應取

為鋼桿件之寬度，且不得包含鄰接的樓版，除非混凝土與鋼之間有適當 的剪力傳遞機制。

進行非線性分析中，須對假設的降伏位置使用非線性元素才能得知 是否有非彈性行為發生。但除了非線性元素之外，亦可對會發生非線性 反應之構件，藉由調整其束制條件，使用線性元素重新修正模型而得到 建物反應。例如一桿件可能發生塑鉸，則可用線性模型的鉸接取代塑鉸 位置。當使用此方法時，由塑鉸引起之內力應以靜載重先施加。

3.7.7 控制點與加載

非線性靜力分析需定義建物之控制點，於此建議將建物屋頂之質量 中心視為控制點，屋突不應視為屋頂，控制點的位移即用以反應地表震 動的影響。非線性靜力分析同詳細評估法一樣，需先加 100%的計算靜 載重及1/2 活載重於分析模型上。樓層側向力之分配除依建物耐震設計 規範規定之形式施加外，還需額外考慮樓層承受均佈側向力之分析。

3.7.8 接頭模擬 3.7.8.1 抗彎接頭 線性分析模擬

非破壞抗彎接頭應採全斷面之特性模擬，並假設梁與柱間為剛性接 合。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 性或柔性而將梁柱之部分線段平移。交會區勁度可於分析模型中直接加 入適當元素(彈簧)來直接考慮。

非線性分析模擬

對於銲接式未補強(全束制)抗彎接頭接合之結構，在建立數值模型 進行非線性分析之前，應先對結構進行分析決定其控制之降伏機制。可 能包含梁於柱面之撓曲降伏、柱於交會區上下之降伏、交會區之剪力降 伏或這些降伏機制的組合等。在分析中可模擬非線性行為之元素應應用 於模型中。若計算發現交會區可能不會發生剪力降伏，則交會區可模擬 為剛性，若交會區可能發生降伏，則應使用可適當反應該行為之元素。

3.7.8.2 簡支剪力板接合

接頭應以完全彈塑性之彈簧來模擬。彈簧之彈性勁度以 3-32 式求 取。彈簧之塑性強度應由螺栓群之塑性彎矩容量求得，為螺栓之降伏強 度乘以與距螺栓群中心距離之總和。

本章參考文獻

內政部建築研究所，”鋼筋混凝土建築物耐震能力評估法及推廣”，1999 年。

Ashraf Habibullah, “ETABS Three Dimensional Analysis of Building Systems,”

Computers and Structures, Inc., 1995.

American Society of Civil Engineers, “Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures,” ASCE 7-95, 1995.

蔡益超，“橋樑耐震能力評估”，高速公路工程與管理研討會，民國 84 年 5 月。

田堯彰、羅俊雄、蔡益超、張國鎮、黃燦輝，“電信與運輸系統之耐震安全 評 估 與 補 強 準 則” ， 國 立 台 灣 大 學 地 震 工 程 研 究 中 心 報 告 ， CEERR85-01，民國 85 年 1 月。

以0.1g之地震力與靜載重和1/2活載重為外力 用ETABS程式進行彈性靜力分析

以求得各構件之內力

構件行為之模擬

包括樑柱、磚牆與剪力牆等構材

構件破壞模式分析

求得破壞時承擔之剪力與韌性容量

計算各半層降伏地表加速度A_yi

計算結構系統地震力折減係數F_ui

計算各半層耐震能力A_ci 計算各方向耐震能力A_cx,A_cy

計算建築物耐震能力A_c 圖3.1 靜力耐震能力評估流程

梁柱構材

P

M Pu/Pn+8/9(Mu/Mn)=1

Pu/2Pn+ (Mu/Mn)=1 0.2Pn

(PDL, MDL)

(PDL+αPE, MDL+αME)

圖3.2 軸力與彎矩交互曲線與破壞降伏路徑

柱破壞模式分析

700 800 700

Unit:cm

950 1050 950

圖3.4(a) 12 層鋼構建築之平面圖

11@310=3410 420

12F

A

B C

D E

a Q/QCE b

c

∆或θ 1.0

A

B C

D E d

Q/QCE e

c

∆/∆y或θ/θy 1.0

圖3.7 鋼構材側向力與變形之關係圖

∆roof

S_a = V / (Wα₁) S_d = ∆_roof / (PF₁ *

φ_roof,1)

S

d

S

圖3.5 容量震譜之建立

譜位移, Sd

譜加速度 ,Sa

δy δ^∗ δu

圖3.6 彈性與非彈性震譜及性能點之決定 彈 性 反 應

折減後之非彈性反應譜

Fu= δ*/δy

0 20 40 60 80 100 Roof displacement (cm)

0 1000 2000 3000

Base shear (ton)

Y-dir

X-dir Equivalent elastcv-plastic curve

圖3.8 12F 鋼結構側推曲線及等值彈塑性曲線

(a)X-dir (b)Y-dir 圖3.9 12F 鋼結構側推分析於層間變位 3%之塑鉸分佈圖

在文檔中 鋼結構建築耐震評估、補強及修復準則之研擬 (頁 65-76)