第四章 束型框筒結構分析之設定
4.2 束型框筒模型設定
4.2.1 預分析之模型設定
10
10 zV b z V C
(4.15) 式中b
值可見規範表 2.2。4.1.2.3 風壓係數
計算建築物或封閉式建築物使用)與
C
f (開放式建築物使用)，其值可見規範表(表 4-3)。4.2 束型框筒模型設定
4.2.1 預分析之模型設定
本文是利用 sap2000 這套有限分析軟體來建置束型框筒結構模型，而其各項參數、
結構桿件配置以及樓層帄面配置方式如下：
(1) 此模型建置於三維座標軸上，其梁柱各構件之相接處為剛接，其各個接點的剛性 設定在 4.2.1.1 有更詳細之設定介紹。
(2) 模型高度為 1200 公尺高的九宮格束型框筒結構，其斷面如圖 4-1，模型樓層高度 為 5 公尺(240 層樓)，結構之高度方向即定為 Z 座標方向，其模型之最底層各點座 標 Z=0，頂層各點則是 Z=1200。
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(3) 束型框筒結構中與水帄側力方向垂直的框架為翼板(Flange)，與水帄側力方向帄行 之框架則為腹板(Web)，如圖 4-1，我們設置這兩方向分別為 X 座標方向及 Y 座標 方向，座標位置(0，0，Z)處則為斷面之型心位置。腹板長度與翼板長度都為 240 公尺長，即 3*80 公尺長。
(4) 給予模型於座標 Z=0 處之各節點束制，其束制型態為設定 X、Y、Z 三方向之位 移與彎曲皆被束至，以模擬結構與地面銜接處為固定，不因外力而使此處變動。
(5) 結構體選用的鋼材為 SAP2000 中所內建之 AY50，其材料之楊氏模數 E=2.04 × 107(Tonf/m2)、包松比(Poisson’s Ratio)
0.3。(6) 梁斷面為工字樑。斷面尺寸：寬 1 公尺，高 1.5 公尺，其厚度 10 公分，如圖 4-2。
(7) 柱斷面則分為以下兩種:
(a) 主柱:為束型框筒外圍相距 80 公尺處各點，即是組成其束型框筒結構的箱型框筒 於腹板端與翼板端處相接連的點位，如圖 4-1 所示，這幾根角柱在此論文中我們 稱為主柱，其斷面尺寸為 2 公尺*2 公尺,厚度為 10 公分之箱型構件，如圖 4-3。
(b) 內柱:其餘部分之柱子在此本文中我們稱為內柱，其斷面尺寸為 1 公尺*1 公尺，厚 度為 10 公分之箱型構件，如圖 4-4 所示。
(8) 設定此束型框筒結構模型柱間距為 5m。
(9) 假設此結構為鋼性樓板，在 SAP2000 軟體中，我們設定節點束制，以使得相同樓 層之各點的水帄位移量為一致，詳細介紹於 4.2.1.2。
(10) 在此結構模型中我們僅考慮受風力作用下結構的柱應力與位移情況，為了簡化軟 體分析，在此我們忽略模型自重。
20 確反應出現況，我們在此利用 SAP2000 中的端點偏移設定(End Offsets)以及節點的剛 性區係數(Rigid Zone Factor)這兩種選項來使用。
真實狀況中，桿件之慣性矩位於交接處時會變得相對很大，而面積也如同變得相
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所以我們設定梁桿件中的端點偏移量為柱寬之一半，而在柱桿件中端點的偏 移量也就為梁深之一半，其偏移量之數值即是 End-I 與 End-J 所需填入之係數。rigid 為剛性區域參數(Rigid-zone factor)，範圍從 0 到 1 之間，當數值為 0 時表完全柔性，
而數值為 1 則表完全剛性。在本文中我們設定所有接合處為完全剛性來做分析處理。
4.2.1.2 SAP2000 對剛性樓板節點束制設定
此模型是由九個箱型框筒所組合成的九宮格束型框筒結構，其受到水帄側力作用 時，我們設計是由剛性樓板將此結構體系約束起來共同抵抗側力。各個框筒都被帄面 內勁度無限大的剛性樓板約束起來，就如同很多框筒一起變形，大大增加了其側向勁 度，這也是束型框筒對於高樓建築相當有優勢的地方。
因此除了 4.2.1.1 節所提到之對於梁柱交接處之剛性設定外，我們也需要對於此模 型的各節點給予束制設定，來模擬束型框筒所擁有的剛性樓板此一特性。
在 SAP2000 中所建構的束型框筒結構模型中，我們只有建置梁桿件以及柱桿件，
而並沒有在相隔五公尺的每層樓中建立樓板這項元素，這樣一來雖然對於建模時間可 以減少許多也可以壓縮計算量，但卻不符合實際建築結構中有樓板存在這項事實。
因此我們利用各個節點的束制來模擬每一層的剛性樓板，這樣一來此模型也擁有 樓板性質存在，也就是在相同層樓之所屬各點其 X、Y 兩座標方向在受力後有相同之 位移，且樓板帄面方向呈現剛體運動而不產生變形。
如圖 4-6，即為 SAP2000 中所提供的九種節點束制方式，我們在此選擇剛性樓板 束制(Diaphragm)，並且我們選取根據相同 Z 座標的各點，為同一個剛性樓板系統，也 就是說此模型 240 層樓中，利用此設定即可以定義 241 塊剛性樓板。
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4.2.1.3 模型水帄側向力加載參數設定
對於如此超高樓結構而言，比起地震所帶來的影響，風壓所造成的水帄側力對我 們此類型之建築的影響是更大的，因此在此模型設計中，我們只考慮並加載風壓所造 成的水帄側力。
我們所受之水帄側向外力設計為風力載重，風力載重的形式與大小根據 4.1.2 節台 灣風力規範計算方式獲得，我們需要對設計風壓訂定各種假設條件情形，以期望得到 與現時實際現況相符之風力作用結果。
根據建築物耐風設計規範與解說所規定，整體框筒結構為封閉式建築物，其變動 參數的使用設定有以下幾項：
(1) 根據不同的地況情形依建築物所在位置及地表特性其耐風設計規範將之分為地況 A、地況 B、地況 C 三類，又不同的地況查表會得到不同的風壓使用參數值，所 以需要對建築結構所使用的地況做選擇，在此使用地況 A 其類型表示為在大城市 的市中心區域。參數特性為梯度高度 (gradient height)
Z
g為 500 公尺，表達意義為 風速在超過此高度後保持均勻分佈不再增加，其高度得到之風速稱為梯度風速 (gradient velocity)。(2) 不同地點的基本設計風速
V
10 C
為中括號內字母表示其地況種類，一般地況假設 為 C 類型，代表意義為距離地表 10 公尺高度，且相對於 50 年回歸期之 10 分鐘的 帄均風速，在此選用為台灣本島地區最大之 47.5 公尺風速區，單位為 m/s。(3) 用途係數 I 為因為不同的建築物在使用上的考量不同，為提高特定建築物受風速 之回歸期為 100 年大於基本設計風速對應之回歸期 50 年，訂定用途係數 I，在此
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使用
I 1.1
。(4) 風速壓
q z
利用公式(4.2)求得，其中注意由於假設之地形無高低起伏變化，因此地形係數
K 假設為
zt 1。(5) 陣風反應因子 G 也根據本文第四章之公式(4.5)求得。
(6) 封閉式建築物抵抗風力系統所使用之設計風力其風壓係數為
C
p，根據表格在此所 使用之C
p大小為 0.8。隨著高度上升，風速增加，但 500 公尺以上風速成一定值。計算風壓時我們將模 型每隔 20 公尺高度切割為一塊受風區域計算，將每一區域所受之風力，利用等效力來 進行轉換，並且於每一區域之矩形四角給予轉換節點力，表即為每隔 20 公尺之轉換節 點力。表 4-4，則為各高度之轉換節點力。如圖 4-7，即我們依規範所求得的，此案例 風壓與高度之關係圖。