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長細效應,彎矩放大法

附錄 A 混凝土結構技術規範(草案)

6.6.4 長細效應,彎矩放大法

6.6.4.1 除非符合第6.2.5 節之規定,結構物中之柱及樓層應擇定為有側移或無側移。無側移構架或樓層的柱應 依照第6.6.4.5 節分析;有側移構架或樓層的柱則應依照第 6.6.4.6 節分析。

解說:

本節說明使用彎矩放大概念來考量長細效應的近似設計步驟。採用一階構架分析計算而得之彎矩乘上一個彎矩 放大係數,該彎矩放大係數為柱因數化軸向載重Pu和臨界挫曲載重Pc的函數。對於有側移情況,彎矩放大係數 是樓層軸力Pu總和與樓層抗側移柱軸力Pc總和的函數,無側移和有側移之情況分別考量。一階構架分析是一種 彈性分析,排除由變位產生的內力影響。

彎矩放大設計方法需要設計者區分依照第6.6.4.5 節設計的無側移構架,和依照第 6.6.4.6 節設計的有側移構架。

通常,這可以藉由比較一個樓層柱與該樓層斜撐桿件的總側向勁度來完成。受壓構材,如柱、牆或斜撐,若座落 之樓層中有斜撐桿件 (如剪力牆,剪力桁架或其他類型的側向支撐) 具足夠的側向勁度來抵抗樓層側向變位,以 免側向變位大到足以顯著影響柱的強度,則可以假定為無側移。若未經計算無法立即確認,第6.6.4.3 節提供兩種 可能的方式來決定側移是否可以忽略不計。

6.6.4.2 各構材於分析中所用之斷面尺度與該構材在施工圖說上所示之差異應在10 內,否則應予重新分析。 可視為無側移 (MacGregor 和 Hage 1977)。第 6.6.4.3(b)節提供依樓層的穩定性指數 Q,判定構架是否為無側移的 替代方法。在計算 Q 時,ΣPu宜對應於最大值ΣPu情況下的側向載重。一個構架可能同時包含無側移與有側移 and Moreland Alignment Charts,圖 R6.2.5) 可以用來估算適當的 k 值 (ACI SP-17 2009 年;柱研究委員會 (Column Research Council),1966 年)。

6.6.4.4.4 非合成柱之 (EI)eff應依照下列(a)、(b)或(c)計算:

式(6.6.4.4.4a)至(6.6.4.4.4c) 的分子代表短期的柱勁度;式(6.6.4.4.4b)係推導用於小偏心率和高軸向載重;式 (6.6.4.4.4a)是式(6.6.4.4.4b) 的簡化近似式,且較不準確 (Mirza 1990)。為改善精確度,(EI)eff可利用式(6.6.4.4.4c) 來概估。

解說:

(b) M2  M2ns  δsM2s (6.6.4.6.1b)

二階彎矩之PΔ 迭代分析可用無限級數表示,式(6.6.4.6.2a)為此級數之解 (MacGregor 和 Hage 1977)。1983 年 Lai 和 MacGregor 指出,於 s不超過1.5 時,式(6.6.4.6.2a)可準確預估有側移構架之二階彎矩。

此時,依第6.6.3.1.1 節定義之 ds,ds  0.。在特殊的情況下,側移構架受到持續的側向力,此時 ds將不為 零。這種情況可能發生在座落於斜坡上,承受不平衡土壓的建築物。

6.6.4.6.3 受撓構材應按其節點處之總放大柱端部彎矩設計。

解說:

有側移構架之強度,受柱的穩定與在構架結構中梁之端部束制能力所控制。當結構接近破壞機制,若束制梁產 生塑鉸,其軸向強度大幅降低。本節規定,係確保所設計之束制受撓構材具抵抗總柱端放大彎矩強度。

6.6.4.6.4 有側移構架沿柱長度方向之二階效應均應考量,其效應可依照第 6.6.4.5 節考量,其中 Cm利用第 6.6.4.6.1 節的 M1M2計算。

解說:

受壓構材,如柱、牆或斜撐的最大彎矩可能產生於端點間。二階分析電腦程式可以用來評估端部彎矩的放大倍 率,但除非在分析模型中構材沿其長度細分成更多元素,否則端點間的彎矩放大不會被計算,此時放大倍率可使 用第6.6.4.5 節所述的程序來評估。