鋼板包覆既有 RC 梁、柱之補強分析

採用鋼板包覆既有鋼筋混凝土梁、柱構材，就 RC 柱而言，容易進行其 圍束與剪力之補強。但對 RC 梁而言，只能進行剪力補強。一般梁的韌性，

因不具軸力，已然不錯，也沒有進行韌性補強的必要。

採用鋼板補強圓柱圍束時，首先要求取鋼板補強體積比ρ_s，可如下計算 之：

018 . 4 0

≤

= d t_j

ρ

s (5-11)

其中 tj為鋼板之厚度，d 為圓柱之外徑，而計算混凝土的應力應變曲線時，σsy

之值要代鋼板的降伏強度 fyj。

對矩形柱而言，如圖 5-3所示，鋼板補強體積比如下：

x j

s d

t

= 4

ρ

(5-12)

圖 5-3 矩形柱包覆鋼板補強

如柱之側面有螺桿加強，如圖 5-4所示，且兩側鋼板面積與螺桿面 積相若，則：

d _x

地震剪力方向

鋼板

第五章 鋼筋混凝土建築物耐震補強

鋼筋混凝土建築物耐震能力評估之案例示範

第五章 鋼筋混凝土建築物耐震補強

鋼筋混凝土建築物耐震能力評估之案例示範

60

剪力強度，如下式所示：

( )

^{N A f A A af d t f H}

R R

V R _{c e} ^{sh yh} _{j j}

g

n 2

35 140 53 1

.

0 _* ^'

max

max + +

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡ +

−

= − (5-20)

其中 H 為矩形斷面沿地震剪力方向之深度，而 f_j=0.004E_j。其中 E_j為 CFRP 的彈性模數，而剪力強度對應的應力以應變為 0.004 為準。

第五章 鋼筋混凝土建築物耐震補強

61

第五節 增設剪力牆與翼牆

鋼筋混凝土建築物如果耐震能力不足，最有效且經濟的做法可能就是增 設剪力牆。剪力牆可以增加許多強度，且因勁度大，所以側向變位小，即使 梁、柱的韌性與剪力強度不足，也不會造成危害，不須一一補強。

整片的剪力牆可能會影響動線、採光或門窗的配置，所以也可在柱旁加 翼牆，其長度較短，所以數量可能要增多。

當補強選擇增設剪力牆或翼牆時，其耐震能力的重新評估其實很簡單，

只要將剪力牆或翼牆照第二章與第三章所述的方式設定其塑鉸特性即可。翼 牆如視為柱來處理，會比較簡便。

鋼筋混凝土建築物耐震能力評估之案例示範

62

第六章 以結構性能為基準之鋼筋混凝土建築物耐震能力評估

鋼筋混凝土建築物耐震能力評估之案例示範

64

求譜上的譜加速度(Sa)inelastic與譜位移(Sd)inelastic。即：

( )

S_{a inelastic} =a_pi (6-3)

( )

S_{d inelastic}=d_pi (6-4)

假設(Sa)elastic為正規化彈性需求譜上的譜加速度，則其對應的最大地表加

速度(PGA)可由容量譜上的譜加速度 api表示為：

( )

S_{a elastic}^pi C_D PGA a

= × (6-5)

如此即可由上述關係式評估出各種結構性能如：結構物頂層位移、基底剪 力、RC 柱鋼筋或混凝土最大拉力側、壓力側應力應變等與 PGA 之關係。

圖 6-1 性能點

capacity spectrum

d pi

a pi

inelastic demand spectrum

Sd

Sa

performance point

第六章 以結構性能為基準之鋼筋混凝土建築物耐震能力評估

PF1：第一個自然振態的振態參與因子(modal participation factor)

α

1：第一個自然振態的振態質量係數(modal mass coefficient)

鋼筋混凝土建築物耐震能力評估之案例示範

66

g

w_i/ ：第 i 層的指定質量

1

φ

i ：第一振態中第 i 層的振幅 N：結構物的最高層數

W：結構物的靜載重

步驟 4：根據第一節所述之改良式耐震性能評估法建立對應不同結構耐震性 能下之最大地表加速度(PGA)。

第六章 以結構性能為基準之鋼筋混凝土建築物耐震能力評估

鋼筋混凝土建築物耐震能力評估之案例示範

第六章 以結構性能為基準之鋼筋混凝土建築物耐震能力評估

鋼筋混凝土建築物耐震能力評估之案例示範

第六章 以結構性能為基準之鋼筋混凝土建築物耐震能力評估

鋼筋混凝土建築物耐震能力評估之案例示範

第六章 以結構性能為基準之鋼筋混凝土建築物耐震能力評估

鋼筋混凝土建築物耐震能力評估之案例示範

第六章 以結構性能為基準之鋼筋混凝土建築物耐震能力評估

鋼筋混凝土建築物耐震能力評估之案例示範

第六章 以結構性能為基準之鋼筋混凝土建築物耐震能力評估

鋼筋混凝土建築物耐震能力評估之案例示範

第六章 以結構性能為基準之鋼筋混凝土建築物耐震能力評估

鋼筋混凝土建築物耐震能力評估之案例示範

第六章 以結構性能為基準之鋼筋混凝土建築物耐震能力評估

鋼筋混凝土建築物耐震能力評估之案例示範

第六章 以結構性能為基準之鋼筋混凝土建築物耐震能力評估

鋼筋混凝土建築物耐震能力評估之案例示範

第六章 以結構性能為基準之鋼筋混凝土建築物耐震能力評估

鋼筋混凝土建築物耐震能力評估之案例示範

第六章 以結構性能為基準之鋼筋混凝土建築物耐震能力評估

鋼筋混凝土建築物耐震能力評估之案例示範

88

步驟 4：由有效黏滯性阻尼比

β

_eff，依表6-16線性內插求阻尼比修正係數 )

( _eff

Bs

β

及B₁(

β

_eff)。

表 6-16 短週期與長週期結構之阻尼比修正係數 B

_S

與 B

₁(線性內插

求值)

有效阻尼比

β

_eff(%) BS B1

<2 0.80 0.80

5 1.00 1.00

10 1.33 1.25

20 1.60 1.50

30 1.79 1.63

40 1.87 1.70

>50 1.93 1.75

步驟 5：由參數T₀^D及S ，參考表_DS 6-17，計算台北盆地之工址設計水平譜加 速度係數S 。 _aD

表 6-17 台北盆地之工址設計水平加速度反應譜係數 S

aD

較短週期 短週期 中週期 長週期

T ≤ 0.2T₀^D 0.2T₀^D ≤ T ≤ T₀^D T₀^D ≤ T ≤ 2.5T₀^D 2.5T₀^D≤ T

SaD = SDS(0.4+3T/T₀^D) SaD = SDS SaD = SDST₀^D/T SaD = 0.4SDS

步驟 6：由工址設計水平譜加速度係數S 、阻尼比修正係數_aD B_s(

β

_eff)與 )

1( eff

B

β

、T₀^D及S ，由表_DS 6-18，求得PGA 值。

第六章 以結構性能為基準之鋼筋混凝土建築物耐震能力評估

鋼筋混凝土建築物耐震能力評估之案例示範

90

第七章 建築物耐震能力評估之視窗化分析

91

第七章 建築物耐震能力評估之視窗化分析

第一節 輔助分析系統之設計目標

輔助分析系統視窗化的主要目的，在於設計一套視窗應用程式，簡化工 程師應用前幾章節所提到的構件分析理論與結構耐震能力分析的原理，使得 大量與複雜的結構物得以順利進行分析的工作。在進行應用程式開發之際，

本研究先設定此輔助分析系統開發的目標如下：

一、基本分析功能

由於現有之結構分析軟體並不支援前幾章節所介紹之分析理論，所以輔 助分析系統需要能滿足本研究所需要的分析功能，包括磚牆與 RC 牆的分 析、構件斷面的彎矩與曲率分析、構件斷面軸力與彎矩的關係曲線分析、梁 柱構件彎矩塑鉸分析(在 ETABS 中稱為 M3 塑鉸)，以及在後處理階段的 PGA 與位移關係曲線分析。

二、自動化功能

輔助分析系統整合 ETABS 結構靜力分析功能與側推分析功能，做為結 構分析的計算核心，主要是由於 ETABS 是目前國內普遍使用的結構分析軟 體，已經有許多分析與設計的成果，若能整合這套商用套裝軟體，對於工程 師驗證與比對分析成果較為便利，而且工程師亦可以延用原有的建模習慣，

快速地建立建築物的分析模型，大大地提昇本研究理論的可用性。

然而 ETABS 這套商用軟體並沒有提供 API 可供整合，所以僅能從其輸 出的檔案著手整合。另一項應用的困難點在於 ETABS 是一套視窗應用程式，

所有分析工作均需要由使用者操作，才能執行分析，並進一步輸出本研究所 需要的檔案，雖然這一些操作的程序並不算複雜，但是要反覆執行分析工作

鋼筋混凝土建築物耐震能力評估之案例示範

92

時仍是相當不便，所以自動化整合亦是本研究設定的目標之一，希望能整合 自動化視窗介面程式的操作，便利使用者進行分析的工作，本研究稱此作業 模式為「自動化視窗作業模式」。

此外，對於有些研究工作需要大量執行批次的分析工作，輔助分析系統 亦將支援文字命令列的操作模式(Console Mode)的執行模式，讓研究人員可以 藉由命令模式，直接利用下參數的方式進行分析，本研究稱此作業模式為「文 字命令列作業模式」。

三、管理功能

輔助分析系統透過檔案的方式，讀取 ETABS 所建立的結構模型資料與 分析的結果，並將分析的結果以文字檔的方式輸出，供工程師檢驗，所以在 一個建築物耐震能力的分析過程中，將會產生相當多的檔案，所以輔助分析 系統將設計一套分析專案的管理模式，管理分析過程所產生的檔案，並能自 動地將這些檔案備份管理，透過備份的觀念建立版本管理，讓工程師可以在 必要的時候，還原至某一個版本的分析資料，工程師亦可以利用此管理技術 執行備份的工作。

此外，輔助分析系統亦將整合電子郵件與分析記錄的功能，能將整個分 析專案透過電子郵件傳送至其他工程師，提昇協同作業的便利性。

第七章 建築物耐震能力評估之視窗化分析

93

第二節 輔助分析系統分析

輔助分析系統之設計將依使用者的操作模式而有所不同，本研究所設計 的輔助分析系統主要提供第一節所述的自動化視窗操作模式與文字命令列作 業模式。自動化視窗操作模式著重在便利性與自動化，便利使用者透過使用 者圖形介面(GUI)編輯本研究分析過程中所需要的資料，而自動化則簡化分析 流程的繁複，減少使用者的操作，以下將逐步說明系統分析與架構設計之步 驟：

一、決定輔助分析系統之分析流程

依據本研究前幾章節所提出之分析理論，以及配合工程師之使用方式，

將使用的階段區分為三個主要階段：前處理階段 1、前處理階段 2 與後處理 階段。其中前處理階段 1 主要進行磚牆與 RC 牆之等值斜撐分析，協助工程 師分析結構系統中所有磚牆與 RC 牆，計算等值斜撐之斷面尺寸、材料強度 與軸力塑鉸之參數值(細部流程參考圖 7-1 所示)；前處理階段 2 主要進行梁柱 構件之彎矩塑鉸屬性分析，協助工程師計算大量且繁複的梁柱構件彎矩塑鉸 分析，並能自動地將這些分析結果產生 ETABS 能讀取與分析的 E2K 檔，並 利用 ETABS 執行側推分析(細部流程參考圖 7-2 所示)；後處理階段則是結構 物的耐震能力分析，藉由 ETABS 分析與匯出的容量曲線與容量震譜，推估 結構物耐震性能的發展(細部流程參考圖 7-3 所示)。

二、設計分析流程中資料的檔案格式

由於 ETABS 並沒有提供 API 的方式整合，所以僅能透過檔案的方式整 合，要整合的檔案主要包含能描述建築物結構資料的 MDB 檔(使用 MDB 檔 而不使用 EDB 檔的原因是因為 EDB 檔並不是公開的檔案格式，所以無法讀 取，因此僅能使用 ETABS 匯出的 MDB 檔讀取結構資料)，以及 ETABS 可以

由於 ETABS 並沒有提供 API 的方式整合，所以僅能透過檔案的方式整 合，要整合的檔案主要包含能描述建築物結構資料的 MDB 檔(使用 MDB 檔 而不使用 EDB 檔的原因是因為 EDB 檔並不是公開的檔案格式，所以無法讀 取，因此僅能使用 ETABS 匯出的 MDB 檔讀取結構資料)，以及 ETABS 可以

在文檔中 鋼筋混凝土建築物耐震能力評估之案例示範 (頁 80-0)