高層建築結構分析與設計

依建築物耐震設計規範及解說(內政部營建署,2011)中提到形狀規 則之建築物可採用靜力分析法以決定設計地震力。規範中分別考慮建

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築物受地震強度為迴歸期 30 年、475 年及 2500 年下所需之最小設計

而工址一秒週期設計水平譜加速度係數 SD1 震區一秒週期設計水 平譜加速度係數𝑆𝑆₁^𝐷𝐷有關。𝑆𝑆_𝑆𝑆^𝐷𝐷與𝑆𝑆₁^𝐷𝐷由工址所在之震區決定。

(4) Fu 結構系統地震力折減係數

其值與結構系統韌性容量R以及建築物週期T有關。R值與抵抗地 震力之各種結構系統有關，如圖2.2.2.1，R之定義為極限位移除以降 伏位移。

(5) SaM 與FuM

工址最大考量水平譜加速度係數SaM 與工址設計水平譜加速度係 數SaD之差異為，前者是考量迴歸期2500年之地震後所求得之參數，後 者為考量迴歸期475年之地震後所求得之參數。Fu與FuM之差異為，前 者是考量迴歸期475年之地震後所求得之參數，後者為考量迴歸期

2500年之地震後所求得之參數。

式(2.2.1.1)之考量為希望建築物受約 30 年回歸期強度之中小地震 時仍維持彈性不產生損傷，其目的為避免韌性較佳的建築物在地震不 太大時，即進入降伏狀況。式(2.2.1.2)之考量為希望建築物受 475 年 回歸期強度之地震時不可嚴重損壞。式(2.2.1.3)之考量為希望避免建 築物受 2500 年回歸期強度之地震時發生崩塌而造成嚴重損失或造成 二次災害。

前述三個考量地震力中之最大值即為設計地震力。決定設計地震

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力後，根據規範中所提供之豎向分配公式，如式(2.2.1.4)與式(2.2.1.5)，

將最小總橫力依下述豎向分配於構造之各層及屋頂，構造物頂層外加 之集中橫力Ft 依下式計算：

F

F

F

可令為零。

最小總橫力扣除Ft 後之剩餘部分，應依下式(2.2.1.5)分配於構造 物之屋頂(第n層)及其餘各層

𝐹𝐹_𝑥𝑥 =^{(𝑉𝑉−𝐹𝐹}_∑ ^{𝑡𝑡)𝑤𝑤}_𝑊𝑊^{𝑥𝑥ℎ𝑥𝑥}

𝑖𝑖ℎ_𝑖𝑖

𝑛𝑛𝑖𝑖=1 (2.2.1.5)

分析後之桿件受力與建築物變形量等結果，須跟據建築物耐震設 計規範及解說中所提之容許層間相對側向位移角等各項要求進行檢 核。例如，在式(2.2.1.6)之地震力作用下，每一樓層與其上、下鄰層之 相對側向位移除以層高，即所謂層間相對側向位移角應有所限制，其 值不得超過0.005。

𝑉𝑉 = _4.2𝛼𝛼^{𝐼𝐼𝐹𝐹𝑢𝑢}

𝑦𝑦�^𝑆𝑆_𝐹𝐹^{𝑎𝑎𝑎𝑎}

𝑢𝑢 �

𝑚𝑚𝑊𝑊 (2.2.1.6)

計算位移時應計及平移與扭轉位移。

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2.2.2 地震力非線性歷時分析

依建築物耐震設計規範及解說(內政部營建署,2011)中提到，不規 則或高度大於等於 50 公尺等狀況之建築物須進行動力分析。為了確 切反映工址設計地震之地震規模、斷層距離與震源效應，非線性動力 歷時分析所選擇之地震歷時至少需三個與設計反應譜相符之水平地 震紀錄。其中，與設計反應譜相符指得為根據水平地震紀錄 5%之阻 尼反應譜調整地震紀錄，調整時須滿足以下兩點(1) 0.2T 至 1.5T 週期 內之譜加速度值不得低於設計譜加速度值之 90% (2)在同樣週期範圍 內之平均值不得低於設計譜加速度值之平均值。

分析時須注意結構構材之非線性分析模型，在降伏強度、破壞機 制及遲滯行為等皆須要能確切反應出構材之非線性行為。非線性歷時 分析之結果除須檢核整體結構之韌性需求是否小於規定之容許韌性 容量外，亦須要考量各樓層與構材之韌性需求。

2.2.3 風力分析

本研究針對整體結構系統抵抗風力進行設計與分析。根據建築物 耐風設計規範及解說(內政部營建署,2006)，建築物整體抵抗風力結構 系統之分析與設計應參照其第二章之規定。具體而言，對於規則性封 閉式、部分封閉式之建築，其設計風壓 p 如式(2.2.3.1)

𝑝𝑝 = 𝑞𝑞𝑞𝑞𝐶𝐶_𝑝𝑝 − 𝑞𝑞_𝑖𝑖(𝑞𝑞𝐶𝐶_{𝑝𝑝𝑖𝑖}) (2.2.3.1)

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式(2.2.3.1)中各參數代表之意義為 (1)𝑝𝑝:為設計風壓 (kgf/m²)、(2) 𝑞𝑞:外

態扭矩。其中，h 為結構物之高度，B 為垂直於風向之建築物水平尺 寸，L 為平行於風向之建築物水平尺寸，𝑓𝑓_𝑎𝑎為建築物橫風向基本自然 頻率，𝑓𝑓_𝑡𝑡為建築物扭轉向基本自然頻率，𝑉𝑉_ℎ為高度 h 處之風速。