第一章 緒論
1.1 研究背景
房屋結構物建築利用鋼筋混凝土為材料始於十九世紀初，由於建築材料以及施工 技術不完善再加上人們當時的生活型態，建築物高度通常不超過十到十五公尺，且必 頇利用不斷放大斷面尺寸的梁柱，才能建造出相對高的建築。這樣一來的施工方式相 對的也壓縮到了每層樓可使用的空間比例，對於經濟效應以及實際使用上的方便度都 是相當的不良。
電梯的發明及建築技術的提昇，到了二十世紀出現了鋼框式結構形態的建築結構，
此時高樓的高度來到了一百公尺到一百五十公尺之間，而無法再向上發展的原因主要 取決於框架結構，其柱子像棋盤狀佈置，既要承受豎向荷載，又要抵禦側向作用，隨 著設計層數的增加，豎向荷載也逐步增加，底層柱子的截面也要跟著增加，在現有的 材料條件下，達到六十幾層的高度，底層的柱子已經大到了驚人的程度。而且柱子的 截面與載荷面積直接相關，這導致越是建築物中間的柱子，載荷面積越大，截面就越 大，嚴重影響建築空間的使用效果。
F.R.Khan[2]提出新的解決辦法，即是框筒型結構。將大量建築材料密集擺放在周 邊，內部反而保持中空，卻能大大提高了整個截面的抗側向作用的能力。而外圍的筒 體承受水帄作用，主要是依靠整體的幾何效應來第抗，而不是依靠加大構件截面來完 成。在建設成本增加不大的前提下，此框筒型結構方法大大提高了建築物的可建造高 度。由 1969 年建成的漢考克中心大樓，我們可以了解 F.R.Khan[2]又進一步改良其框 筒結構系統，在單純的密柱框架的基礎上增設了斜撐，構成了帶斜撐的框架筒體，外 牆上巨大的 X 型對稱桁架斜撐增強了外圍筒體抵抗側向力之勁度，也可減少柱子之數
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量，更提供了更多的使用空間，增加經濟及使用上之效應。
1.2 研究動機
為了結構安全以及使用者舒適度為考量，超高樓層建築以抵抗水帄側力以及側力 所造成的側向位移為重要目標。由於束型框筒型結構當受到水帄載重時會存在剪力效 應的影響，在此效應之下結構體即無法達到古典力學理論上的勁度，皆而影響到了束 型框筒結構往更高的高度發展。
本論文的主要研究即是在探討對於超高樓層的束型框筒結構，若是縮短其柱間距、
結構加上剛臂支架結構系統(Outrigger-Braced Structure)或加上大型對角斜撐（Big Bracing）這三種情況下來做一比較。
藉著使用電腦結構分析軟體(SAP2000)，分析各種案例下的束型框筒結構受到水帄 的風力載重之下，隨高度變化之側位移，以及翼板端與腹板端框架柱軸應力分布曲線，
並由此曲線得到我們想要觀察的束型框筒結構剪力延遲效應。
最後藉由相互比較出來之結果，希望能了解到不同勁度加強方法對於束型框筒受 水帄側力作用的的影響，也可以更了解超高樓層的束型框筒結構之剪力延遲行為。
1.3 文獻回顧
由 Mir M.Ali[1]文章中瞭解到了高樓結構發展歷史以及所希望達到的目標，對於 各種建築形式分析並了解。將高樓層建築的主要材料可以分為鋼筋混凝土材料以及鋼 構式建築，建築形式則隨著材料的不同也配合改變著。在對於建築材料以及形式上有 所基礎認知了以後，我們必頇選定適合於本文的各種結構類型和建構材料。這裡我們
3 truss 在鋼結構高樓層結構建築中的運用與發展情形，在實際的工程運用上，Belt truss 與 Outrigger 或核心(Core)結構搭配使用，R.s.Nair[4]與 S.Fawzi[5]都曾經對此結構方式 做過研究。
高層樓層利用深梁或者是帶狀桁架結構來增加結構物的側向勁度，已達到減少結 構側向位移。在剛臂支架結構中，Taranath B.S.[6]分析在均勻結構的基本假設之下，
受水帄均佈載重的單層剛臂支架結構，使得結構側向位移為最小的情形。接著，Muvdi J.W.[7]和 NcNabb B.B.[8]開始分析具有多層剛臂支架搭載的結構系統，而得到的結論 為每當增加一組剛臂支架後，其所能提供並增加整體的側向勁度都較前一個剛臂支架 來的小。
剪力延遲效應(Shear Lag Effect)的研究最早是在航太工程領域中出現。但是在後來，
剪力延遲效應也被發現在高樓結構中出現，尤其是本文所探討的框筒結構中，有許多 的剪力延遲形式以及應用，也成為了框筒結構研究分析的重點所在。在 A.Coull[9]與 A.K.H.Kwan[10]的分析方法中，由腹板端及翼板端的柱軸力分部情形可看出剪力延遲 的程度。
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D.A.Foutch[11]在承受均佈載重下的懸臂箱型梁中發現結構物負剪力延遲的現象。
S.T.Chan[12]以有限元素法分析，驗證了懸臂箱型梁在均佈載重下的負剪力延遲效應，
但並沒有對此現象之發生原因作說明。J.J.Connor[13]為框筒結構中正剪力延遲現象與 負剪力延遲現象做了定義與剪力延遲效應隨結構高度變化與分佈的情形。Y.Singh[14]
說明框筒結構中負剪力延遲效應產生的原因。
而最後此文參考了王俊超[15] 的束型框筒力學參數分析與郭恆志[16]的內縮型式 框筒結構力學參數分析研究，其中對於不同樣式的框筒型式進行風力加載，改變其結 構物的梁勁度後，對於剪力延遲效應的影響及整體勁度的提升有何成效及分析。並利 用 SAP200 軟體對特定位置進行帶狀桁架的模擬設定，比較在配置桁架前後的差異。
1.4 論文內容
本論文總共分為六個章節。第一章為緒論，主要說明研究背景、研究動機以及所 參考的文獻之回顧。第二章為束形框筒結構與側向勁度加強方法的介紹，主要是介紹 本文中所使用之束型框筒結構其概念與使用上的好處，以及幾個使用其設計概念的建 築例子。另外也在此章說明搭配在束型框筒結構上的兩種側向勁度加強系統及實際使 用之建築案例。第三章為框筒結構中的剪力延遲效應探討，簡單說明發生原因以及影 響其效應之因素，並比較框筒結構以及束型框筒結構剪力延遲效應。第四章為束型框 筒結構分析之設定，在此章詳細說明利用分析軟體所建構之模型參數以及設定，並且 介紹風力規範和欲分析之各種案例。第五章為 SAP2000 分析結果比較，利用分析軟體 所提供之各個案例數值，相互之比較及分析。第六章為結論以及建議，針對第五章出 來之分析結果進行討論，最後提出日後可進行研究或者實務上的建議及方向。
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