實尺寸雙層雙跨含RC牆結構受雙向剪力實驗研究
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(2) .
(3) 摘要 本研究為國家地震中心與美國德州休士頓大學的合作計畫，試驗計畫設計 一座兩層樓三維足尺鋼筋混凝土含牆構架試體，藉由剪力牆的不對稱配置，來 反應結構因平面勁度不對稱(stiffness irregularity)所造成的偏心扭矩效應。 研究課題著重於結構行為進入高度非線性時，個別結構元件間複雜的互制行為 及偏心扭矩效應，探討結構強度、裂縫發展、以及破壞模式產生之機制。該試 體除梁、柱及牆等結構之外，並配置樓板，藉由樓板來達成傳力機制，以求更 加符合實際結構行為。試驗所得之數據資料將提供結構非線性分析之驗證，來 進行各種評估方法之研究。 試驗結果顯示，當試體中的單柱進入降伏狀態後，平面勁度不對稱的現象 更加嚴重，引發更大的偏心扭矩，至實驗後期時，結構中配置的剪力牆開始呈 現受扭的行為，顯示當結構進入非線性階段後，剪力牆受力型態開始會有明顯 的改變，除了承受面內剪力與面外的撓曲彎矩外，牆體本身亦會承受扭矩。. I.
(4) II.
(5) Abstract This research is a cooperative project between the National Center of Research Earthquake Engineering and University of Houston, Texas.A two floor 3D-specimen with asymmetric walls was tested to study the eccentric torsion effects by stiffness irregularity. The purpose of the project is to research the complex behavior of reinforced concrete buildings subjected to multi-directional earthquake loadings and the subsequent interactions resulting from the nonlinear response of individual structural components .In the set up,the lateral loading was transferred through the specimen floors in order to simulate more accurate structural behavior. The measureed data of this experiment can be used to verify the nonlinear analyses. The experimental results show that the stiffness irregularity became more pronounced after column yielding.At the final stage of experiment, the nonlinear behavior of structure had been fully reached.It is also observed that in addition to in plane shear force and flexure moment, torsion effects becomes more apparent for the shear walls.. III.
(6) IV.
(7) 誌謝 本論文得以順利完成，承蒙恩師. 黃世建博士兩年來的悉心指. 導與教誨，受教期間為學與處世上皆受益良多，於此致以最高的敬 意與最深的感謝。並感謝國立台灣大學. 張國鎮教授及國家地震中. 心 葉勇凱博士於口試期間不吝指教與提供寶貴的意見，使本論文 更臻完善。另感謝國科會( )的經費提供，國家地震工程研究中心 的實驗設備及工作人員周志雄、陳為志等的技術指導。 研究所兩年來，多謝學長郭武威、邱聰智、翁樸文等幫忙解決 疑難雜症，也要多謝林士涵、洪瑋聰、ERWIN 等同學在學業及實驗 上的幫忙。同時謝謝鄭志宏、張豐展、吳孝謙等學弟在實驗期間的 協助。. V.
(8) VI.
(9) 目錄 摘要........................................................................................................................ I Abstract ................................................................................................................ III 誌謝....................................................................................................................... V 表目錄................................................................................................................ XII 圖目錄............................................................................................................... XIV 第一章 緒論.......................................................................................................... 1 1.1 研究動機與目的.......................................... 1 1.2 研究範圍與方法.......................................... 2 第二章 文獻回顧.................................................................................................. 3 2.1 國內建築物耐震設計規範對意外扭矩之規定.................. 3 2.2 國內建築物實施耐震能力評估及補強方案修正草案之相關規定.. 4 2.3 國內外相關文獻回顧...................................... 4 第三章 試體規劃與製作...................................................................................... 6 3.1 試體規劃................................................ 6 3.2 試體細部設計............................................ 7 3.2.1 剪力牆設計.................................................................................. 7 3.2.1.1 Wall A 細部配筋 ............................................................... 8 3.2.1.2 Wall B 細部配筋................................................................ 8 VII.
(10) 3.2.1.3 Wall C 細部配筋................................................................ 9 3.2.2 柱設計.......................................................................................... 9 3.2.2.1 柱斷面尺寸....................................................................... 9 3.2.2.2 柱配筋............................................................................... 9 3.2.2.3 柱主筋與橫向鋼筋之錨定............................................. 10 3.2.3 梁設計........................................................................................ 10 3.2.3.1 梁斷面尺寸設計............................................................. 10 3.2.3.2 梁配筋............................................................................. 10 3.2.4 梁柱接頭設計............................................................................ 10 3.2.5 樓版設計.................................................................................... 11 3.2.6 基礎設計.................................................................................... 11 3.2.7 鋼筋混凝土接合塊設計............................................................ 11 3.3 試體製作............................................... 12 3.3.1 試體各次澆置順序.................................................................... 12 3.3.2 油壓制動器配置........................................................................ 12 3.3.3 混凝土抗壓標稱強度與試驗強度............................................ 13 3.3.4 鋼筋設計強度與試驗結果........................................................ 13 3.4 柱預加軸力............................................. 13 第四章 試驗計畫................................................................................................ 15 VIII.
(11) 4.1 試驗規劃............................................... 15 4.1.1 施力系統.................................................................................... 15 4.1.2 反覆加載歷程............................................................................ 16 4.2 試驗項目............................................... 17 4.2.1 試體無轉動之質心單向反覆載重試驗.................................... 17 4.2.2 試體可轉動之質心單向反覆載重試驗.................................... 19 4.2.3 試體可轉動之質心雙向反覆載重試驗.................................... 20 4.3 軸力施加系統........................................... 21 4.4 量測配置............................................... 22 4.4.1 力量量測配置............................................................................ 22 4.4.2 外部位移量測............................................................................ 22 4.4.3 剪力牆剪力變形量測................................................................ 22 4.4.4 梁柱接頭剪力變形量測............................................................ 23 4.4.5 一樓單柱曲率變形量測............................................................ 23 4.4.6 二樓單柱剪力變形量測............................................................ 23 4.4.7 基礎滑移量量測........................................................................ 24 4.4.8 內部鋼筋應變量測.................................................................... 24 第五章 試體無轉動之質心單向反覆載重試驗結果........................................ 25 5.1 TEST1.................................................. 25 IX.
(12) 5.1.1 載重與位移關係........................................................................ 25 5.1.2 單柱裂縫發展............................................................................ 25 5.1.3 剪力牆裂縫發展........................................................................ 26 5.2 TEST2.................................................. 27 5.2.1 載重與位移關係........................................................................ 27 5.2.2 柱裂縫發展................................................................................ 27 5.2.3 剪力牆裂縫發展........................................................................ 28 第六章 試體可轉動之質心單向反覆載重試驗結果........................................ 30 6.1 TEST3.................................................. 30 6.1.1 載重與位移關係........................................................................ 30 6.1.2 柱裂縫發展................................................................................ 30 6.1.3 剪力牆裂縫發展........................................................................ 31 6.2 TEST4.................................................. 32 6.2.1 載重與位移關係........................................................................ 32 6.2.2 柱裂縫發展................................................................................ 33 6.2.3 剪力牆裂縫發展........................................................................ 33 第七章 試體可轉動之質心雙向反覆載重試驗結果........................................ 35 7.1 試體質心之載重位移關係................................. 35 7.2 桿件裂縫發展與破壞模式................................. 37 X.
(13) 7.2.1 單柱裂縫發展與破壞模式........................................................ 37 7.2.2 剪力牆裂縫發展........................................................................ 41 7.2.1 梁裂縫發展與破壞模式............................................................ 46 7.2.2 梁柱接頭裂縫發展.................................................................... 50 7.2.3 樓版裂縫發展............................................................................ 56 7.3 梁柱接頭之載重與剪力變形關係........................... 56 7.4 剪力牆之變形量測....................................... 57 7.5 一樓單柱之載重與曲率關係............................... 57 7.6 二樓單柱之載重與剪力變形關係........................... 58 7.7 基礎滑移量之量測....................................... 58 7.8 鋼筋應變量測........................................... 58 第八章 結論與建議............................................................................................ 60 8.1 結論................................................... 60 8.2 建議................................................... 61 參考文獻.............................................................................................................. 63 附錄一 量測儀器與頻道編號對照表............................................................. 293 附錄二 儀器讀數修正方式............................................................................. 299. XI.
(14) 表目錄 表 3-1 表 3-2 表 4-1 表 4-2 表 5-1 表 5-2 表 6-1 表 6-2 表 6-3 表 6-4 表 7-1 表 7-2 表 7-3 表 7-4 表 7-5 表 7-6 表 7-7 表 7-8 表 7-9 表 7-10 表 7-11 表 7-12 表 7-13 表 7-13 表 7-13 表 7-14 表 7-14 表 7-14 表 7-14 表 7-15 表 7-16 表 7-16 表 7-17 表 7-17 表 7-18 表 7-18 . 混凝土圓柱試體抗壓強度結果一覽表 ........................ 65 鋼筋抗拉強度結果一覽表 .................................. 66 層間變位角與對應位移 .................................... 67 應變計代號編碼表 ........................................ 67 TEST1 之載重位移極值 ................................... 68 TEST2 之載重位移極值 ................................... 68 TEST3 之載重位移極值 ................................... 69 TEST3 扭矩與轉角之載重位移極值 ......................... 69 TEST4 之載重位移極值 ................................... 70 TEST4 扭矩與轉角之載重位移極值 ......................... 70 試體二樓之載重-位移遲滯迴圈極值 ......................... 71 試體一樓之載重-位移遲滯迴圈極值 ......................... 72 試體二樓之載重-位移遲滯迴圈極值 ......................... 73 軸力施加系統讀值 ........................................ 74 柱、牆桿件破壞時間點 .................................... 75 接頭 載重-剪力變形極值 .................................. 76 剪力牆 載重-位移遲滯迴圈極值 ............................ 77 剪力牆 載重-剪力變形極值 ................................ 78 一樓 C1、C2 單柱 東面之載重-曲率極值 .................... 79 一樓 C1、C2 單柱 北面之載重-曲率極值 .................... 80 二樓 C1、C2 單柱 之載重-剪變形極值 ...................... 81 基礎滑移量 .............................................. 82 A 代號鋼筋應變計讀值(1/3) ............................... 83 A 代號鋼筋應變計讀值(2/3) ............................... 84 A 代號鋼筋應變計讀值(3/3) ............................... 85 B 代號鋼筋應變計讀值(1/4) ............................... 86 B 代號鋼筋應變計讀值(2/4) ............................... 87 B 代號鋼筋應變計讀值(3/4) ............................... 88 B 代號鋼筋應變計讀值(4/4) ............................... 89 C 代號鋼筋應變計讀值(1/1) ............................... 90 D 代號鋼筋應變計讀值(1/2) ............................... 91 D 代號鋼筋應變計讀值(2/2) ............................... 92 E 代號鋼筋應變計讀值(1/2) ............................... 93 E 代號鋼筋應變計讀值(2/2) ............................... 94 F 代號鋼筋應變計讀值(1/2) ............................... 95 F 代號鋼筋應變計讀值(2/2) ............................... 96 XII.
(15) 表 7-19 表 7-20 表 7-21 . X 代號鋼筋應變計讀值(1/1) ............................... 97 Y 代號鋼筋應變計讀值(1/1) ............................... 98 Z 代號鋼筋應變計讀值(1/1) ............................... 99 . XIII.
(16) 圖目錄 圖 3-1 圖 3-2 圖 3-3 圖 3-4 圖 3-5 圖 3-6 圖 3-7 圖 3-8 圖 3-9 圖 3-10 圖 3-11 圖 3-12 圖 3-13 圖 3-14 圖 3-15 . 試體尺寸 3D 示意圖 ........................................................................... 101 試體尺寸平面示意圖 .......................................................................... 101 Wall A 與 Wall B 位置尺寸圖 ............................................................ 102 Wall C 位置尺寸圖 .............................................................................. 102 Wall C 與二樓樓板之縫隙 .................................................................. 103 牆鋼筋尺寸圖 ...................................................................................... 103 Wall A 及 Wall B 配筋圖 .................................................................... 104 Wall C 配筋圖 ..................................................................................... 104 柱整體配筋圖 ...................................................................................... 105 柱斷面及柱箍筋配筋圖 ...................................................................... 105 梁整體配筋圖 ...................................................................................... 106 梁斷面及梁箍筋配筋圖 ...................................................................... 106 版筋配筋圖 .......................................................................................... 107 試體基礎配置圖 .................................................................................. 107 基礎 1400 mm × 1400 mm 配筋圖...................................................... 108 . 圖 3-16 圖 3-17 圖 3-18 圖 3-19 圖 3-20 圖 3-21 圖 3-22 圖 3-23 圖 3-24 圖 3-25 圖 4-1 圖 4-2 圖 4-3 圖 4-4 圖 4-5 圖 4-6 圖 4-7 圖 4-8 圖 4-9 圖 4-10 圖 4-11 . 基礎 1400 mm × 2400 mm 配筋圖...................................................... 108 基礎 1400 mm × 4400 mm 配筋圖...................................................... 109 基礎 1400 mm × 5400 mm 配筋圖...................................................... 109 混凝土接合塊配置示意圖 .................................................................. 110 混凝土接合塊 type A 配筋圖 .............................................................. 110 混凝土接合塊 type B 配筋圖 .............................................................. 111 試體各次澆置範圍示意圖 .................................................................. 112 油壓制動器配置示意圖 ...................................................................... 113 混凝土圓柱試體抗壓強度結果 .......................................................... 113 試體各次澆置對應之試驗強度圖 ...................................................... 114 各樓質心與基礎面距離 ...................................................................... 115 二樓油壓致動器配置編號圖 .............................................................. 115 一樓油壓致動器配置編號圖 .............................................................. 116 加載歷程 .............................................................................................. 116 TEST1、TEST2 試體位移方式示意圖 .............................................. 117 Act.04 位移量之修正........................................................................... 117 TEST3、TEST4 試體位移方式示意圖 .............................................. 118 Test3 試體短向力量分配圖 ................................................................. 118 TEST5 試體位移方式示意圖 .............................................................. 119 施力系統示意圖 .................................................................................. 120 軸力施加系統完成照片 ...................................................................... 121 XIV.
(17) 圖 4-12 圖 4-13 圖 4-14 圖 4-15 圖 4-16 圖 4-17 圖 4-18 圖 4-19 圖 4-20 圖 4-21 圖 4-22 圖 4-23 圖 4-24 圖 4-25 圖 4-26 圖 4-27 圖 4-28 圖 5-1 圖 5-2 圖 5-3 圖 5-4 圖 5-5 圖 5-6 圖 5-7 圖 5-8 圖 5-9 圖 5-10 圖 5-11 圖 5-12 圖 6-1 圖 6-2 圖 6-3 圖 6-4 圖 6-5 圖 6-6 圖 6-7 圖 6-8 圖 6-9 . 萬向支承 .............................................................................................. 121 雙向鉸接支承 ...................................................................................... 122 外部位移計規劃 .................................................................................. 123 剪力牆剪力變形量測 .......................................................................... 124 接頭剪力變形量測 .............................................................................. 125 角度計、Dial gauge 配置位置圖 ........................................................ 126 一樓單柱角度計配置 .......................................................................... 127 二樓單柱 dial gauge ............................................................................. 127 基礎 dial gauge 安裝位置 ................................................................... 128 A 代號應變計規劃 .............................................................................. 129 B 代號應變計規劃 ............................................................................... 130 C 代號應變計規劃 ............................................................................... 131 D 代號應變計規劃 .............................................................................. 132 E 代號應變計規劃 ............................................................................... 133 F 代號應變計規劃 ............................................................................... 134 X、Y 代號應變計規劃........................................................................ 135 Z 代號應變計規劃 ............................................................................... 136 TEST1 之載重位移遲滯迴圈 ............................................................. 137 C2-1F 各柱面於 TEST1 試驗結束時的裂縫發展情形...................... 138 WA 剪力牆東面於 TEST1 試驗結束時的裂縫發展情形.................. 138 WB 剪力牆東面於 TEST1 試驗結束時的裂縫發展情形 ................. 139 WC 剪力牆北面於 TEST1 試驗結束時的裂縫發展情形 ................. 139 TEST2 之載重位移遲滯迴圈 ............................................................. 140 C2-1F 各柱面於 TEST2 試驗結束時的裂縫發展情形...................... 141 C2-2F 各柱面於 TEST2 試驗結束時的裂縫發展情形...................... 141 WA 東面於 TEST2 試驗結束時的裂縫分布情形........................... 142 WA 西面於 TEST2 試驗結束時的裂縫分布情形.............................. 142 WB 東面於 TEST2 試驗結束時的裂縫分布情形 ............................. 143 WC 北面於 TEST2 試驗結束時的裂縫分布情形 ............................. 143 TEST3 之載重位移遲滯迴圈 ............................................................. 144 TEST3 扭矩與旋轉角之載重位移遲滯迴圈 ..................................... 145 C2-1F 各柱面於 TEST3 試驗結束時的裂縫發展情形...................... 146 C2-2F 各柱面於 TEST3 試驗結束時的裂縫發展情形...................... 146 WA 東面於 TEST3 試驗結束時的裂縫發展情形.............................. 147 WB 東面於 TEST3 試驗結束時的裂縫發展情形 ............................. 147 WC 北面於 TEST3 試驗結束時的裂縫發展情形 ............................. 148 TEST4 之載重位移遲滯迴圈 ............................................................. 149 TEST4 扭矩與旋轉角之載重位移遲滯迴圈 ..................................... 150 XV.
(18) 圖 6-10 圖 6-11 圖 6-12 圖 6-13 圖 6-14 圖 7-1 圖 7-2 圖 7-3 圖 7-4 圖 7-5 圖 7-6 圖 7-7 圖 7-8 圖 7-9 圖 7-10 圖 7-11 圖 7-12 圖 7-13 圖 7-14 圖 7-15 圖 7-16 圖 7-17 圖 7-18 圖 7-19 圖 7-20 圖 7-21 圖 7-22 圖 7-23 圖 7-24 圖 7-25 圖 7-26 圖 7-27 圖 7-28 圖 7-29 圖 7-30 圖 7-31 圖 7-32 圖 7-33 . C2-1F 各柱面於 TEST4 試驗結束時的裂縫發展情形...................... 151 C2-2F 各柱面於 TEST4 試驗結束時的裂縫發展情形...................... 151 WA 東面於 TEST4 試驗結束時的裂縫發展情形.............................. 152 WB 東面於 TEST4 試驗結束時的裂縫發展情形 ............................. 152 WC 北面於 TEST4 試驗結束時的裂縫發展情形 ............................. 153 試體頂樓樓版質心之載重-位移遲滯迴圈圖 ..................................... 154 試體一樓質心之載重-位移遲滯迴圈圖 ............................................. 154 試體二樓質心之載重-位移遲滯迴圈圖 ............................................. 155 試體各樓層質心位置示意圖 .............................................................. 155 C6-1F 柱東面於-2% 3th cycle 產生主筋挫曲 ................................... 156 C1-1F 柱底於+3% 1st cycle 產生主筋挫曲 ...................................... 156 C2-2F 柱+3% 1st cycle 之破壞情形 .................................................. 157 C2-2F 柱-3% 1st cycle 之破壞情形 ................................................... 157 C1-1F -3% 2nd cycle 主筋挫曲 .......................................................... 158 試體主要破壞發生之時間點 .............................................................. 159 C1-1F 在 Drift Ratio =-3% 2nd cycle 之破壞情形 ........................... 160 C2-2F 在 Drift Ratio =-3% 2nd cycle 之破壞情形 ........................... 160 C1-1F 東面於 Drift Ratio = +0.125 % ~ +0.75 % 之裂縫情形 ........ 161 C1-1F 東面於 Drift Ratio = -0.75 % ~ -3 % 之裂縫情形 ................. 162 C1-1F 南面於 Drift Ratio = +0.125 % ~ +0.75 % 之裂縫情形 ........ 163 C1-1F 南面於 Drift Ratio = -0.75 % ~ -3 % 之裂縫情形 ................. 164 C1-1F 西面於 Drift Ratio = +0.125 % ~ +0.75 % 之裂縫情形 ........ 165 C1-1F 西面於 Drift Ratio = -0.75 % ~ -3 % 之裂縫情形 ................. 166 C1-1F 北面於 Drift Ratio = +0.125 % ~ +0.75 % 之裂縫情形 ........ 167 C1-1F 北面於 Drift Ratio = -0.75 % ~ -3 % 之裂縫情形 ................. 168 C1-1F 柱在 Drift Ratio = -0.5%時東南角產生之垂直裂縫 .............. 169 C1-1F 柱在 Drift Ratio = +0.75%時西北角產生之垂直裂 ............... 169 C1-1F 柱在 Drift Ratio = -1%時西北角產生之垂直裂縫 .................. 170 C1-1F 柱在 Drift Ratio = +1.5%時西北角產生之垂直裂縫 .............. 170 C1-1F 柱在 Drift Ratio = +3% 1st cycle 柱底主筋挫屈 .................... 171 C1-1F 柱在 Drift Ratio = -3% 2nd cycle 柱底主筋挫屈 ................... 171 C1-2F 東面於 Drift Ratio = +0.125 % ~ +0.75 % 之裂縫情形 ........ 172 C1-2F 東面於 Drift Ratio = -0.75 % ~ -3 % 之裂縫情形 ................. 173 C1-2F 南面於 Drift Ratio = +0.125 % ~ +0.75 % 之裂縫情形 ........ 174 C1-2F 南面於 Drift Ratio = -0.75 % ~ -3 % 之裂縫情形 ................. 175 C1-2F 西面於 Drift Ratio = +0.125 % ~ +0.75 % 之裂縫情形 ........ 176 C1-2F 西面於 Drift Ratio = -0.75 % ~ -3 % 之裂縫情形 ................. 177 C1-2F 北面於 Drift Ratio = +0.125 % ~ +0.75 % 之裂縫情形 ........ 178 XVI.
(19) 圖 7-34 圖 7-35 圖 7-36 圖 7-37 圖 7-38 圖 7-39 圖 7-40 圖 7-41 圖 7-42 圖 7-43 圖 7-44 圖 7-45 圖 7-46 圖 7-47 圖 7-48 圖 7-49 圖 7-50 圖 7-51 圖 7-52 圖 7-53 圖 7-54 圖 7-55 . C1-2F 北面於 Drift Ratio = -0.75 % ~ -3 % 之裂縫情形 ................. 179 C2-1F 東面於 Drift Ratio = +0.125 % ~ +0.75 % 之裂縫情形 ........ 180 C2-1F 東面於 Drift Ratio = -0.75 % ~ -3 % 之裂縫情形 ................. 181 C2-1F 南面於 Drift Ratio = +0.125 % ~ +0.75 % 之裂縫情形 ........ 182 C2-1F 南面於 Drift Ratio = -0.75 % ~ -3 % 之裂縫情形 ................. 183 C2-1F 西面於 Drift Ratio = +0.125 % ~ +0.75 % 之裂縫情形 ........ 184 C2-1F 西面於 Drift Ratio = -0.75 % ~ -3 % 之裂縫情形 ................. 185 C2-1F 北面於 Drift Ratio = +0.125 % ~ +0.75 % 之裂縫情形 ........ 186 C2-1F 北面於 Drift Ratio = -0.75 % ~ -3 % 之裂縫情形 ................. 187 C2-2F 東面於 Drift Ratio = +0.125 % ~ +0.75 % 之裂縫情形 ........ 188 C2-2F 東面於 Drift Ratio = -0.75 % ~ -3 % 之裂縫情形 ................. 189 C2-2F 南面於 Drift Ratio = +0.125 % ~ +0.75 % 之裂縫情形 ........ 190 C2-2F 南面於 Drift Ratio = -0.75 % ~ -3 % 之裂縫情形 ................. 191 C2-2F 西面於 Drift Ratio = +0.125 % ~ +0.75 % 之裂縫情形 ........ 192 C2-2F 西面於 Drift Ratio = -0.75 % ~ -3 % 之裂縫情形 ................. 193 C2-2F 北面於 Drift Ratio = +0.125 % ~ +0.75 % 之裂縫情形 ........ 194 C2-2F 北面於 Drift Ratio = -0.75 % ~ -3 % 之裂縫情形 ................. 195 Wall A 東面 於 Drift Ratio =+0.125%之裂縫情形 ........................... 196 Wall A 東面 於 Drift Ratio =-0.125%之裂縫情形 ............................ 196 Wall A 東面 於 Drift Ratio =+0.175%之裂縫情形 ........................... 197 Wall A 東面 於 Drift Ratio =-0.175%之裂縫情形 ............................ 197 Wall A 東面 於 Drift Ratio =+0.25%之裂縫情形 ............................. 198 . 圖 7-56 圖 7-57 圖 7-58 圖 7-59 圖 7-60 圖 7-61 圖 7-62 圖 7-63 圖 7-64 圖 7-65 圖 7-66 圖 7-67 圖 7-68 圖 7-69 圖 7-70 圖 7-71 . Wall A Wall A Wall A Wall A Wall A Wall A Wall A Wall A Wall A Wall A Wall A Wall A Wall A Wall A Wall A Wall A. 東面 東面 東面 東面 東面 東面 東面 東面 東面 東面 東面 東面 東面 西面 西面 西面. 於 Drift Ratio =-0.25%之裂縫情形 .............................. 198 於 Drift Ratio =+0.5%之裂縫情形 ............................... 199 於 Drift Ratio =-0.5%之裂縫情形 ................................ 199 於 Drift Ratio =+0.75%之裂縫情形 ............................. 200 於 Drift Ratio =-0.75%之裂縫情形 .............................. 200 於 Drift Ratio =+1%之裂縫情形 .................................. 201 於 Drift Ratio =-1%之裂縫情形 ................................... 201 於 Drift Ratio =+1.5%之裂縫情形 ............................... 202 於 Drift Ratio =-1.5%之裂縫情形 ................................ 202 於 Drift Ratio =+2%之裂縫情形 .................................. 203 於 Drift Ratio =-2%之裂縫情形 ................................... 203 於 Drift Ratio =+3%之裂縫情形 .................................. 204 於 Drift Ratio =-3%之裂縫情形 ................................... 204 於 Drift Ratio =+0.125%之裂縫情形 ........................... 205 於 Drift Ratio =-0.125%之裂縫情形 ............................ 205 於 Drift Ratio =+0.175%之裂縫情形 ........................... 206 XVII.
(20) 圖 7-72 圖 7-73 圖 7-74 圖 7-75 圖 7-76 圖 7-77 圖 7-78 圖 7-79 圖 7-80 圖 7-81 圖 7-82 圖 7-83 圖 7-84 圖 7-85 圖 7-86 圖 7-87 圖 7-88 圖 7-89 圖 7-90 圖 7-91 圖 7-92 圖 7-93 圖 7-94 圖 7-95 圖 7-96 圖 7-97 圖 7-98 圖 7-99 圖 7-100 圖 7-101 圖 7-102 圖 7-103 圖 7-104 圖 7-105 圖 7-106 圖 7-107 圖 7-108 圖 7-109 . Wall A 西面 於 Drift Ratio =-0.175%之裂縫情形 ............................ 206 Wall A 西面 於 Drift Ratio =+0.25%之裂縫情形 ............................. 207 Wall A 西面 於 Drift Ratio =-0.25%之裂縫情形 .............................. 207 Wall A 西面 於 Drift Ratio =+0.5%之裂縫情形 ............................... 208 Wall A 西面 於 Drift Ratio =-0.5%之裂縫情形 ................................ 208 Wall A 西面 於 Drift Ratio =+0.75%之裂縫情形 ............................. 209 Wall A 西面 於 Drift Ratio =-0.75%之裂縫情形 .............................. 209 Wall A 西面 於 Drift Ratio =+1%之裂縫情形 .................................. 210 Wall A 西面 於 Drift Ratio =-1%之裂縫情形 ................................... 210 Wall A 西面 於 Drift Ratio =+1.5%之裂縫情形 ............................... 211 Wall A 西面 於 Drift Ratio =-1.5%之裂縫情形 ................................ 211 Wall A 西面 於 Drift Ratio =+2%之裂縫情形 .................................. 212 Wall A 西面 於 Drift Ratio =-2%之裂縫情形 ................................... 212 Wall A 西面 於 Drift Ratio =+3%之裂縫情形 .................................. 213 Wall A 西面 於 Drift Ratio =-3%之裂縫情形 ................................... 213 C5-1F 北面在 Drift Ratio = -0.75%~-3%之裂縫情形 ....................... 214 C5-1F 西面在 Drift Ratio = -0.75%~-3%之裂縫情形 ....................... 215 C6-1F 南面在 Drift Ratio = +0.125%~+0.75%之裂縫情形 .............. 216 C6-1F 南面在 Drift Ratio = -0.75%~-3%之裂縫情形 ....................... 217 Wall B 東面在 Drift Ratio = +0.125%之裂縫情形 ............................ 218 Wall B 東面在 Drift Ratio = -0.125%之裂縫情形 ............................. 218 Wall B 東面在 Drift Ratio = +0.175%之裂縫情形 ............................ 219 Wall B 東面在 Drift Ratio = -0.175%之裂縫情形 ............................. 219 Wall B 東面在 Drift Ratio = +0.25%之裂縫情形 .............................. 220 Wall B 東面在 Drift Ratio = -0.25%之裂縫情形 ............................... 220 Wall B 東面在 Drift Ratio = +0.5%之裂縫情形 ................................ 221 Wall B 東面在 Drift Ratio = -0.5%之裂縫情形 ................................. 221 Wall B 東面在 Drift Ratio = +0.75%之裂縫情形 .............................. 222 Wall B 東面在 Drift Ratio = -0.75%之裂縫情形 ............................... 222 Wall B 東面在 Drift Ratio = +1%之裂縫情形 ................................... 223 Wall B 東面在 Drift Ratio = -1%之裂縫情形 .................................... 223 Wall B 東面在 Drift Ratio = +1.5%之裂縫情形 ................................ 224 Wall B 東面在 Drift Ratio = -1.5%之裂縫情形 ................................. 224 Wall B 東面在 Drift Ratio = +2%之裂縫情形 ................................... 225 Wall B 東面在 Drift Ratio = -2%之裂縫情形 .................................... 225 Wall B 東面在 Drift Ratio = +3%之裂縫情形 ................................... 226 Wall B 東面在 Drift Ratio = -3%之裂縫情形 .................................... 226 C5-2F 北面在 Drift Ratio = -0.75%~-3%之裂縫情形 ....................... 227 XVIII.
(21) 圖 7-110 圖 7-111 圖 7-112 圖 7-113 圖 7-114 圖 7-115 圖 7-116 圖 7-117 圖 7-118 圖 7-119 圖 7-120 圖 7-121 圖 7-122 圖 7-123 圖 7-124 圖 7-125 圖 7-126 圖 7-127 圖 7-128 圖 7-129 圖 7-130 圖 7-131 圖 7-132 圖 7-133 圖 7-134 圖 7-135 圖 7-136 圖 7-137 圖 7-138 圖 7-139 圖 7-140 圖 7-141 圖 7-142 圖 7-143 圖 7-144 圖 7-145 圖 7-146 圖 7-147 . C5-2F 西面在 Drift Ratio = -0.75%~-3%之裂縫情形 ....................... 228 C6-2F 南面在 Drift Ratio = +0.125%~+0.75%之裂縫情形 .............. 229 C6-2F 南面在 Drift Ratio = -0.75%~-3%之裂縫情形 ....................... 230 C6-2F 西面在 Drift Ratio = -0.75%~-3%之裂縫情形 ....................... 231 Wall C 北面在 Drift Ratio = 0.5%之裂縫情形.................................. 232 Wall C 北面在 Drift Ratio = 0.75%之裂縫情形................................ 232 Wall C 北面在 Drift Ratio = 1%之裂縫情形...................................... 233 Wall C 北面在 Drift Ratio = 1.5%之裂縫情形.................................. 233 Wall C 北面在 Drift Ratio = 2%之裂縫情形...................................... 234 Wall C 北面在 Drift Ratio = 3%之裂縫情形...................................... 234 Wall C 南面在 Drift Ratio = +0.5%之裂縫情形................................ 235 Wall C 南面在 Drift Ratio = -0.5%之裂縫情形................................ 235 Wall C 南面在 Drift Ratio = +0.75%之裂縫情形.............................. 236 Wall C 南面在 Drift Ratio = -0.75%之裂縫情形.............................. 236 Wall C 南面在 Drift Ratio = +1%之裂縫情形.................................... 237 Wall C 南面在 Drift Ratio = -1%之裂縫情形.................................... 237 Wall C 南面在 Drift Ratio = +1.5%之裂縫情形................................ 238 Wall C 南面在 Drift Ratio = -1.5%之裂縫情形................................ 238 Wall C 南面在 Drift Ratio = +2%之裂縫情形.................................... 239 Wall C 南面在 Drift Ratio = -2%之裂縫情形.................................... 239 Wall C 南面在 Drift Ratio = +3%之裂縫情形.................................... 240 Wall C 南面在 Drift Ratio = -3%之裂縫情形.................................... 240 C3-1F 西面在 Drift Ratio = -0.75%~-3%之裂縫情形 ....................... 241 C4-1F 東面在 Drift Ratio = -0.75%~-3%之裂縫情形 ....................... 242 一樓梁與梁柱接頭代號圖 .................................................................. 243 二樓梁與梁柱接頭代號圖 .................................................................. 243 梁 B1 最後破壞情形 ........................................................................... 244 梁 B2 最後破壞情形 ........................................................................... 245 梁 B3 最後破壞情形 ........................................................................... 246 梁 B4 最後破壞情形 ........................................................................... 247 梁 B5 最後破壞情形 ........................................................................... 248 梁 B6 最後破壞情形 ........................................................................... 249 梁 B7 最後破壞情形 ........................................................................... 250 梁 B8 最後破壞情形 ........................................................................... 251 梁 B9 最後破壞情形 ........................................................................... 252 梁 B10 最後破壞情形 ......................................................................... 253 梁 B11 最後破壞情形 ......................................................................... 254 梁 B12 最後破壞情形 ......................................................................... 255 XIX.
(22) 圖 7-148 圖 7-149 圖 7-150 圖 7-151 圖 7-152 圖 7-153 圖 7-154 圖 7-155 圖 7-156 圖 7-157 圖 7-158 圖 7-159 圖 7-160 圖 7-161 圖 7-162 圖 7-163 圖 7-164 圖 7-165 圖 7-166 圖 7-167 圖 7-168 圖 7-169 圖 7-170 圖 7-171 圖 7-172 圖 7-173 圖 7-174 圖 7-175 圖 7-176 圖 7-177 圖 7-178 圖 7-179 圖 7-180 圖 7-181 圖 7-182 圖 7-183 圖 7-184 圖 7-185 . 梁 B13 最後破壞情形 ......................................................................... 256 接頭 J1-1F-S 最後破壞情形 ............................................................... 257 接頭 J1-1F-W 最後破壞情形 ............................................................. 257 接頭 J2-1F-W 最後破壞情形 ............................................................. 258 接頭 J3-1F-W 最後破壞情形 ............................................................. 258 接頭 J3-1F-N 最後破壞情形 .............................................................. 259 接頭 J4-1F-N 最後破壞情形 .............................................................. 259 接頭 J4-1F-E 最後破壞情形 .............................................................. 260 接頭 J5-1F-E 最後破壞情形 .............................................................. 260 接頭 J6-1F-E 最後破壞情形 .............................................................. 261 接頭 J6-1F-S 最後破壞情形 ............................................................... 261 接頭 J1-2F-S 最後破壞情形 ............................................................... 262 接頭 J1-2F-S -2%~3%之裂縫發展 ..................................................... 262 接頭 J1-2F-W 最後破壞情形 .............................................................. 263 接頭 J1-2F-W -2%~3%之裂縫發展 .................................................... 263 接頭 J2-2F-W 最後破壞情形 .............................................................. 264 接頭 J2-2F-W -2%~3%之裂縫發展 .................................................... 264 接頭 J3-2F-W 最後破壞情形 .............................................................. 265 接頭 J3-2F-N 最後破壞情形 ............................................................... 265 接頭 J4-2F-N 最後破壞情形 ............................................................... 266 接頭 J4-2F-E 最後破壞情形 ............................................................... 266 接頭 J5-2F-E 最後破壞情形 ............................................................... 267 接頭 J6-2F-E 最後破壞情形 ............................................................... 267 接頭 J6-2F-S 最後破壞情形 ................................................................ 268 C1-2F 柱東面下方樓版最後破壞情形 ............................................... 268 接頭 J1-1F-S 之載重-剪力變形圖 ...................................................... 269 接頭 J1-1F-W 之載重-剪力變形圖 ..................................................... 269 接頭 J1-1F-W 之載重-剪力變形圖 ..................................................... 270 接頭 剪力變形量測示意圖 ................................................................ 270 WA 牆之之載重-位移遲滯迴圈圖 ..................................................... 271 WB 牆之之載重-位移遲滯迴圈圖..................................................... 271 WC 牆之之載重-位移遲滯迴圈圖..................................................... 272 WA 牆之之載重-剪力變形圖 ............................................................. 272 WB 牆之之載重-剪力變形圖............................................................. 273 WC 牆之之載重-剪力變形圖............................................................. 273 一樓 C1 單柱東面柱頂與柱底之載重-曲率圖 .................................. 274 一樓 C2 單柱東面柱頂與柱底之載重-曲率圖 .................................. 275 一樓 C1 單柱北面柱頂與柱底之載重-曲率圖 .................................. 276 XX.
(23) 圖 7-186 圖 7-187 圖 7-188 圖 7-189 圖 7-190 圖 7-191 圖 7-192 圖 7-193 圖 7-194 圖 7-195 圖 7-196 圖 7-197 圖 7-198 圖 7-199 圖 7-200 圖 7-201 . 一樓 C2 單柱北面柱頂與柱底之載重-曲率圖 .................................. 277 平均曲率計算方式示意圖 .................................................................. 278 二樓 C1、C2 單柱東面載重-剪變形圖.............................................. 279 二樓 C1、C2 單柱北面載重-剪變形圖.............................................. 280 A 代號應變計應變趨勢圖(1/2) ........................................................... 281 A 代號應變計應變趨勢圖(2/2) ........................................................... 282 B 代號應變計應變趨勢圖(1/3) ........................................................... 283 B 代號應變計應變趨勢圖(2/3) ........................................................... 284 B 代號應變計應變趨勢圖(3/3) ........................................................... 285 C 代號應變計應變趨勢圖(1/1) ........................................................... 286 D 代號應變計應變趨勢圖(1/1) ........................................................... 287 E 代號應變計應變趨勢圖(1/1) ........................................................... 288 F 代號應變計應變趨勢圖(1/1) ........................................................... 289 X 代號應變計應變趨勢圖(1/1) ........................................................... 290 Y 代號應變計應變趨勢圖(1/1) ........................................................... 291 Z 代號應變計應變趨勢圖(1/1) ........................................................... 292 . XXI.
(24) .
(25) 第一章 緒論 1.1 研究動機與目的 台灣處於環太平洋地震帶上，為地震頻繁的地區之一，故結構的耐震能力 與受地震時之行為研究，一直是國內土木工程界的研究重點之一。 在 1999 年 9 月 21 日發生了芮氏規模 7.3 的 921 集集大地震，對中南部地 區造成相當嚴重的災害，數以萬計的建築物倒塌，所造成的傷亡與經濟損失難 以估計。災後的調查發現，大部分的倒塌建物為傳統型的低矮建築物，究其原 因，除了地震強度過高或近斷層處地動太大外，部分建物的設計不良或施工品 質不佳亦為原因之一。 國內早期在設計低矮形建築物時，通常忽略牆體的貢獻，逕行以抗彎矩構 架設計之，但建物內部常為了隔間的需求，使用相當多的隔間牆，由於牆體勁 度遠大於構架，導致建物的耐震行為常被牆體所控制，但若牆體在結構系統中 配置位置不當，造成結構系統質心與勁度中心位置相距過遠，當地震力進入結 構時，將因質心與勁度中心的不一致，導致慣性力與結構系統反力形成一對力 偶引發動態扭矩。在這些倒塌之低矮形建築物中，部分結構因結構系統配置不 良，造成結構系統的不規則性，致使結構發生破壞。當結構系統中的部分桿件 開始進入降伏狀態後，會使質心與剛心的偏離情況更加嚴重，此時結構物承受 扭矩的能力可能主控結構物的整體強度，在這個情況下，結構物整體如何抵抗 這項扭矩，牆體在此刻又扮演甚麼角色?我們認為，當結構進入非線性行為時， 牆在結構不規則的系統中，應該不單純只承受牆面內的剪力與面外的彎矩。 921 地震過後，國內規範對耐震標準的需求大幅提高，94 年 7 月 1 日實施 之『建築物耐震設計規範及解說』亦針對平面不規則之結構系統予以限制。本 文希望藉由實驗研究，了解不對稱的結構系統從地震力進入時至結構系統側向 1.
(26) 強度開始降低時，整體結構之力學行為如何改變，以及牆體在這個過程中所扮 演的角色。. 1.2 研究範圍與方法 本文主旨在探討含鋼筋混凝土牆之低矮型建築物，因牆體配置不對稱時， 所導致結構勁度的不對稱，對結構行為造成之影響，以及牆體在這個過程中所 扮演的角色。 本研究設計了一棟實尺寸雙層雙跨含 RC 牆結構物，於結構中不對稱之位 置上配置不同高寬比的剪力牆，刻意讓勁度中心與結構質心不重疊。由於地震 來臨時所造成之慣性力方向並不一定在結構物的長向或短向上，故在試驗時， 我們給予試體一通過質心之雙向剪力，來模擬地震力從某一方向進入結構物時 所造成之慣性力，希望藉由這個試驗方式能夠瞭解平面勁度不對稱 RC 含牆構 架之結構行為。. 2.
(27) 第二章 文獻回顧 就國際對鋼筋混凝土之研究趨勢來看，鋼筋混凝土的理論行為及既有結構 物耐震評估與補強皆為重要課題。鋼筋混凝土的理論可粗分為「撓曲與軸力」 及「剪力與扭矩」兩大部分，其中「撓曲與軸力」已有較成熟之解析模型且已 納入規範之設計程序中；而「剪力」部份，美國 ASCE-ACI Committee 445【1】 總結了現有之剪力研究，指出將剪力設計由經驗公式過渡到解析模型的時機已 逐漸成熟，並要求規範儘早改善因應，因此相關剪力行為研究因而迅速增加。 反觀鋼筋混凝土結構承受「扭矩」的行為，目前國內外相關試驗研究較為 缺乏，故尚未發展出較完整之解析模型。近年來，已有國內外學者積極投入「扭 矩」的相關研究，對於地震力進入平面不對稱的結構物，所造成的扭矩行為已 經有一定程度的了解，也希望能藉由試驗研究的結果，進一步找出「扭矩」的 分析模型。整理國內外「扭矩」行為的相關資訊及研究，如下列所敘述。. 2.1 國內建築物耐震設計規範對意外扭矩之規定 國內建築物耐震設計規範【2】第 2.14 節中提到，為計及質量分布之不確 定性，各層質心之位置應由計算所得之位置偏移與地震力垂直方向尺度百分之 五，此扭矩即為意外扭矩。易言之，應將地震力加在計算所得質心位置向左及 向右偏移與地震力垂直方向尺度百分之五的位置進行結構分析與設計。而第 3.7 節提到如欲計算動態扭矩時，可將各層質心偏移計算質心 5%築物平面尺度的 四個位置，來進行動力分析設計之。 耐震規範針對建築物受到扭矩之規定，可分為意外扭矩與動態扭矩兩項， %的偏移量來決定扭矩大小，然後. 兩者皆以質心在平面尺度的兩垂直方向上 以等值靜態地震力施加。. 3.
(28) 2.2 國內建築物實施耐震能力評估及補強方案修正草案之相關規定 去年（2008 年）八月才剛公佈的建築物實施耐震能力評估及補強方案修正 草案中，新增一些修訂條文，其中提到進行結構耐震能力評估與補強設計時， 應考慮隔間牆、外牆之效應，並檢討軟弱層存在之情況，即明白表示應考慮牆 對整體結構所造成的效應。若牆之佈置不當，其常引發軟弱層或扭矩效應，進 而造成結構的崩塌，像臨街之店舖式住宅即為一例。但 921 集集地震之勘災調 查【3】亦顯示，許多低矮型建築在強地動超過 0.3g 時仍未受損，此應亦為牆 之高強度所賜。總而言之，牆在平面佈置之影響，須透過質心與剛心之扭矩評 估。在立面佈置之影響，須經過軟弱層牆之查核。. 2.3 國內外相關文獻回顧 1992 年 Tso, W.K. and Zhu, T.J. (1992) 【4】等學者，針對不對稱的結構， 受到扭矩時的韌性需求，進行研究並提供一些設計方法。 1997 年陳寶蓮【5】利用強震儀收錄資料對法規規定之意外扭矩進行探討， 根據探討結果顯示，對於長寬比適中之矩形平面校舍，±5%的偏移量是足夠的， 而對於長寬比較大(較細長之結構物)或剛心與質心偏離情況較嚴重之國小，在 考慮意外偏心矩時時，應較法規規定值±5%的偏移量再提高。 2001 年學者 Wen-Hsiung Lin【6】等人則根據地表加速度方向與結構平面 尺寸的相對關係，所產生的意外扭矩，進行一系列的分析與探討。 2005 年學者 Arturo Tena-Colunga【7】等人針對含非對稱剪力牆的結構物 進行一系列關於牆體剪變形量的分析評估，可發現牆體的高寬比是影響牆體剪 變形量的一項重要參數，而且針對高寬比小於 1 的牆體而言，牆體剪變形量是 相當重要的的，若忽略其變形量可能會導致對牆體的剪力強度估計過高。 2006 年學者 Y.L. Mo【8】等人，利用多年發展出來的分析模型 Open Sees， 4.
(29) 已可準確地預測鋼筋混凝土撓曲、軸力及剪力的非線性行為，但缺乏大型結構 扭矩行為的實驗驗證，故與本研究計畫合作，於 2008 年建造一座實尺寸的鋼筋 混凝土含牆構架試體，來進行雙向的反覆載重試驗，希望能藉由實驗結果，更 瞭解當試體中各桿件進入非線性行為時，各別桿件彼此之間複雜的互制行為， 以驗證及修正該非模型的準確性。 2008 年學者 Sandrine Lermitte【9】等人，在 2008 年 6 月至 9 月進行一項 振動台試驗，以一座四分之一縮尺的含開口 RC 牆試體來進行試驗，該項試驗 目標，是希望藉由試驗結果，來了解結構物受地震力時，所引發的意外扭矩以 及結構物的非線性行為。. 5.
(30) 第三章 試體規劃與製作 本研究為探討結構平面勁度不對稱，個別結構元件間複雜的互制行為，而 設計一座二層樓三維足尺鋼筋混凝土含牆構架，該試體納入因平面勁度不對稱 所造成的偏心扭矩效應，進行含垂直荷載之雙向反覆載重實驗。實驗目標將朝 多元化設計，研究課題著重於，當結構行為進入高度非線性時，個別結構元件 間複雜的互制行為將對材料強度、結構裂縫發展、破壞模式等產生之影響。試 體設計參照國內現行設計規範 (土木 401-95)與 ACI318-05 code，除某部分柱 桿件為求剪力強度控制其行為，將其橫向鋼筋間距放寬，不符規範要求外，其 餘設計皆依照規範規定為主。 本計畫試體整體尺寸如下所述：試體長向(南北向)長度為 9000 mm，短向 長度(東西向)為 3000 mm；長向之兩跨度分別為長跨 5500 mm 與短跨 3500 mm； 試體包含六根柱，一樓柱淨高 2000 mm，二樓柱淨高為 1500 mm，柱斷面為 400 mm x 400 mm，梁斷面尺寸為 300 mm x 400 mm，樓版厚度為 200 mm。其 試體外觀尺寸如圖 3-1 與圖 3-2 所示。. 3.1 試體規劃 本試體在牆體的配置上，為求達到平面勁度不對稱，以產生扭轉的現象， 在試體的東側與北側共配置了三面剪力牆，如圖 3-3 與圖 3-4 所示。東側長向 短跨處配置了 Wall A(高寬比 0.64)、Wall B (高寬比 0.48)，而北側短向處配 置了 Wall C (高寬比 1.5)，此三面牆之極限強度皆由剪力強度主控。其中 Wall C 特別設計成二層樓高的剪力牆，故 Wall C 與二樓樓版並未連接，Wall C 半 高處與二樓樓版存在一 145 mm 之縫隙，詳見圖 3-5。 為滿足實驗目標朝多元化設計，一樓及二樓柱之設計，其極限強度分為撓 曲強強及剪力強度主控，其中 C1 柱與 C2 柱為單柱（柱編號示意圖，如圖 3-2 6.
(31) 所示），C1 柱於試驗中將額外受一『非試體本身重量所引致之軸力』，C2 柱則 僅承受試體本身重量所引致之軸力。C3 柱與 C4 柱為 Wall C 之邊界構材，C5 與 C6 為 Wall A 與 Wall B 之邊界構材；當力量在剪力牆之剪力方向上時，C3 ~ C6 柱將呈現牆邊界構材之行為，當力量作用在剪力牆之面外方向上時，C3 ~ C6 柱將與牆一起呈現柱之行為。 試體中之梁桿件斷面規劃上，以遵循 ACI318-05 code 相關規定為基準， 並符合強柱弱梁之規定，亦即希望在柱產生破壞之前，梁之塑角已先行發生； 梁柱接頭強度依照 ACI318-05 code 規定設計之。 試體中之樓版版厚決定，取決於施力系統的力量大小。本試驗中，油壓制 動器產生之外力，經由鋼筋混凝土塊將力量傳遞至樓版，最後再傳遞至各構件； 在試驗時，並不希望在力量在傳遞過程中，樓版因強度不足而造成試體先行破 壞，造成實驗失敗。故在規劃試體過程中，由上述考量因素來決定樓版版厚為 200 mm。 試體中之基礎，用於與強力地板接合，而兩者之接合需靠預力螺桿提供之 預壓力來產生摩擦力，以抵抗油壓制動器所造成之推力，避免基礎產生滑移。 本實驗總共使用十組油壓制動器，每組油壓制動器所提供之推拉力均為 981kN；在試體之長向推力(南北向)，總共配置五組油壓制動器，二樓樓版配 置三組，一樓樓版配置兩組；在試體的短向(東西向)，同樣於二樓樓版配置三 組，一樓樓版配置兩組。 在試體材料設計強度方面，混凝土的標稱強度為 27.5 MPa (280 kg/cm2)， 各號數鋼筋的標稱強度皆為 412.0 MPa (4200 kg/cm2)。. 3.2 試體細部設計 3.2.1 剪力牆設計 7.
(32) 一般建築物 RC 結構外牆厚度約在 200 mm ~ 300 mm 之間，RC 結構內 牆約在 100 mm ~ 150 mm 之間；本實驗之試體為一低矮型實尺寸試體，Wall A 與 Wall B 在剪力方向之長度為 3100 mm，Wall C 在剪力方向之長度為 2600 mm， 若選擇之牆厚度超過 200 mm，則牆體本身抗剪強度太高，會面臨油壓制動器 力量不足之情況；考量本實驗中所使用之油壓制動器所能提供最大之推拉力為 981kN，故在牆體的尺寸選擇上，將剪力牆 Wall A 與 Wall B 之厚度設計為 100 mm，而剪力牆 Wall C 之厚度設計為 150 mm。. 3.2.1.1 Wall A 細部配筋 Wall A 採單層雙向配筋，水平鋼筋與垂直鋼筋採用#3 鋼筋，水平鋼筋與 垂直鋼筋之間距均為 200 mm；底端首根水平鋼筋與基礎面之距離為 100 mm， 牆頂端首根水平鋼筋與上方梁底緣之距離為 100 mm ，水平鋼筋兩側延伸入邊 界構材柱 C5 與 C6，採 180°標準彎鉤錨定，水平鋼筋詳細尺寸詳見圖 3-6(c) ； 牆體兩側首根垂直鋼筋與 C5、C6 柱之距離均為 50 mm，垂直鋼筋底端採用 90° 標準彎鉤伸入下方基礎錨定，頂端延伸入上方梁，採 180°標準彎鉤錨定，垂直 鋼筋詳細尺寸詳見圖 3-6(a)。Wall A 鋼筋整體配置可參閱圖 3-7。. 3.2.1.2 Wall B 細部配筋 Wall B 採單層雙向配筋，水平鋼筋與垂直鋼筋採用#3 鋼筋，水平鋼筋與 垂直鋼筋之間距均為 200mm；底端首根水平鋼筋與下方梁頂緣之距離為 50mm， 牆頂端首根水平鋼筋與上方梁底緣之距離為 50mm ，水平鋼筋兩側延伸入邊界 構材柱 C5 與 C6，採 180°標準彎鉤錨定，水平鋼筋詳細尺寸詳見圖 3-6(c)； 牆體兩側首根垂直鋼筋與 C5、C6 柱之距離均為 50 mm，垂直鋼筋底端採用 180° 標準彎鉤伸入下方梁內錨定，頂端延伸入上方梁內以 180°標準彎鉤錨定，垂直 鋼筋詳細尺寸詳見圖 3-6(b)。Wall B 鋼筋整體配置可參閱圖 3-7。. 8.
(33) 3.2.1.3 Wall C 細部配筋 Wall C 牆體採用雙層雙向配筋，水平鋼筋與垂直鋼筋採用#3 鋼筋，水平 鋼筋與垂直鋼筋之間距均為 200 mm；牆底端首根水平鋼筋與基礎面之距離為 50 mm，牆頂端首根水平鋼筋與梁底之距離為 50 mm，水平鋼筋兩側延伸入邊 界構材柱 C3 與 C4，採 180°標準彎鉤錨定，水平鋼筋詳細尺寸詳見圖 3-6(d)。 牆體兩側首根垂直鋼筋與 C3、C4 柱之距離均為 100mm，垂直鋼筋底端採用 90° 標準彎鉤延伸進入基礎錨定，頂端延伸進入上方梁，採 180°標準彎鉤錨定，垂 直鋼筋詳細尺寸詳見圖 3-6(e)。Wall C 鋼筋整體配置可參閱圖 3-8。. 3.2.2 柱設計 3.2.2.1 柱斷面尺寸 在柱斷面尺寸的決定上，考量國內低矮型建築物一般常見之柱尺寸，約介 於 300 mm 與 500 mm 之間，試體設計上應讓柱斷面具一般性，避免與國內建 築物之柱斷面差異性過大；此外，本實驗為一雙向反覆載重試驗，為讓柱斷面 在兩主軸方向上之力學性質一致，故捨棄矩形柱斷面而採用方形柱斷面。考量 上述因素後，決定選擇 400 mm × 400 mm 之斷面為本實驗試體之柱斷面尺寸。. 3.2.2.2 柱配筋 本實驗試體之柱主筋，採 12 根# 6 鋼筋配置，且並未有搭接段；橫向圍束 鋼筋採用# 3 鋼筋閉合箍筋，斷面採用韌性與非韌性兩種設計：一樓柱採韌性 設計，閉合箍筋間距 100 mm，並穿插繫筋，如圖 3-9 及圖 3-10 所示；二樓柱 採非韌性設計，閉合箍筋間距 280 mm，不穿插繫筋。其中 C3 及 C4 二樓柱箍 筋間距配置較為特別，Wall C 屬連貫兩樓層的高牆，故 Wall C 兩側 C3 及 C4 二樓柱之配筋與一樓相同，其閉合箍筋間距皆為 100 mm。而閉合箍筋與梁柱 交接面部份，不論韌性設計斷面或非韌性設計斷面，第一個閉合箍筋配置位置 9.
(34) 距離梁柱交接面皆為 50mm。 在頂樓梁柱交會區，因應現場施工性考量，將柱長往上延伸 400 mm，如 此可讓梁上下層主筋在原梁柱交會區內錨定，而柱主筋則在延伸之柱頂錨定。 柱頂延伸段，橫向鋼筋之間距採用 80 mm 並穿插繫筋；在柱主筋伸入基礎部 分，橫向鋼筋之間距採用 100 mm 但不穿插繫筋，如圖 3-9 所示。. 3.2.2.3 柱主筋與橫向鋼筋之錨定 柱主筋兩端之錨定採 90°標準彎鉤，一端於基礎內錨定，另一端於柱頂突 出段錨定。韌性斷面與非韌性斷面之閉合箍筋兩端皆採 135°標準彎鉤，韌性斷 面穿插之繫筋採一端 90°標準彎鉤，另一端採 135°標準彎鉤。. 3.2.3 梁設計 3.2.3.1 梁斷面尺寸設計 根據規範規定，為讓接頭每面均為圍束接頭，梁之寬度不得小於柱寬之 3/4， 故梁寬採用 300 mm，為柱寬之 3/4；本試體中柱斷面設計完成後，以規範強 柱弱梁之規定來決定梁深度，而規範 15.6.2.2 節之規定來決定梁寬度。最後決 定梁斷面大小為 300 mm×400 mm。. 3.2.3.2 梁配筋 梁主筋採 8 根# 6 鋼筋配置，拉力側與壓力側之梁主筋均配置 4 根#6 鋼筋； 橫向鋼筋採用#3 閉合箍筋間距 100 mm，第一個閉合箍筋距梁柱交接面 50 mm 開始配置，可參考圖 3-11 及圖 3-12 所示。. 3.2.4 梁柱接頭設計 梁柱接頭的配筋，可參考圖 3-9 所示，橫向圍束箍筋之間距為 80 mm，而 最外緣箍筋距離梁柱交接面為 120 mm。依據 ACI318-05 規定，梁柱接頭之橫 10.
(35) 向箍筋間距比照柱橫向箍筋，間距之最大值為 100 mm，設計上考量由於在梁 柱接頭處有雙向之梁主筋匯入，為避免施工上之不易，將最外緣之箍筋與梁柱 交接面之間距調整至 100 mm，便於施工。. 3.2.5 樓版設計 試體之樓版設計厚度為 200 mm，採用#4 雙層雙向配筋，長向與短向之間 距均為 150 mm，錨定與所需之伸展長度按照 ACI 318-05 之規定，其詳細配 筋圖如圖 3-13 所示。. 3.2.6 基礎設計 試體基礎共分成四塊，其尺寸分別為 1400 mm × 1400 mm、1400 mm × 2400 mm、1400 mm × 4400 mm、1400 mm × 5400 mm，其相關配置圖如圖 3-14 所示；所有基礎的高度均為 500 mm。為方便試體吊運至測試區，每塊基礎皆 有預埋由 # 8 鋼筋製成的倒 U 型吊鉤；基礎上預留孔徑 100 mm 圓孔，以預 力螺桿貫穿試體基礎與強力地板，每根預力螺桿皆施加 80 tonf 預力，以將試 體基礎固定於強力地板上。 基礎之配筋，採用# 8 之主筋雙向雙層配置，綁紮上採雙 U 型互相對扣方 式組立，其詳細配筋圖，可參考圖 3-15 ~ 圖 3-18 所示。基礎 1400 mm × 1400 mm、1400 mm × 2400 mm 之主筋間距在長短向方面均為 125 mm ，基礎 400 mm × 4400 mm、1400 mm × 5400 mm 之主筋間距在長向上為 200 mm，短 向上為 125 mm。. 3.2.7 鋼筋混凝土接合塊設計 為了讓油壓制動器產生之外力，能順利傳遞至試體，乃於樓板上設計鋼筋 混凝土塊，以藉由鋼筋混凝土塊將力量傳遞至樓板，最後再傳遞至各構件。總 共設計了兩種尺寸之鋼筋混凝土接合塊各兩塊，尺寸分別為 type A：900 mm × 11.
(36) 2000 mm × 450 mm 與 type B：2000 mm × 2500 mm × 450 mm；在二樓及 頂樓樓版各配置了 type A 與 type B 各一塊。其詳細配置位置可參閱圖 3-19， 而細部尺寸與配筋可參閱圖 3-20 與圖 3-21 所示。. 3.3 試體製作 本實驗之試體，澆置完成後總重超過 70 tonf ，若試體先於室外製作場澆 置完成，再將整座試體搬運至實驗場內，以國震中心現有設備之吊車容量為 40 tonf 而言，無法將整座試體吊至測試區。因此，為了盡量縮短佔用測試區的時 間，規劃於室外製作場地完成部分試體並預留搭接鋼筋，然後吊進實驗場內定 位後，繼續施作未完成之部分，即可完成整座試體製作。. 3.3.1 試體各次澆置順序 本試體總共分為六次澆置，前兩次在室外製作場地完成澆置，後四次於室 內測試區澆置。其澆置順序說明如下： 第一次澆置：完成所有基礎之澆置。 第二次澆置：C1 ~ C4 一樓柱至二樓樓版部分。 第三次澆置：Wall C 澆置至頂層梁底（含邊界構材 C5 柱與 C6 柱）。 第四次澆置：部份二樓梁、樓版系統之連結與二樓樓版上 type A 鋼筋混凝 土結合塊澆置。 第五次澆置：二樓柱、三樓梁、三樓樓版系統與二樓 type B 鋼筋混凝土結 合塊澆置。 第六次澆置：C1 ~ C6 柱頂突出段、三樓 type A 與 type B 鋼筋混凝土結 合塊澆置。 以上各次澆置詳細順序，可參閱圖 3-22 所示。. 3.3.2 油壓制動器配置 12.
(37) 本實驗總共使用十組油壓制動器，每組油壓制動器所提供之推拉力均為 981kN；在試體之長向（南北向），總共配置五組油壓制動器，頂樓配置三組， 二樓配置兩組；在試體的短向（東西向） ，同樣配置了五組油壓制動器，頂樓三 組，二樓兩組。其油壓制動器配置，可參閱圖 3-23 所示。. 3.3.3 混凝土抗壓標稱強度與試驗強度 本實驗採用之混凝土抗壓標稱強度f ′ 為 27.5 MPa (280 kgf/cm ) 。每 次現場澆置時，混凝土圓柱抗壓試體取樣數為：每輛預拌車須製作二組圓柱抗 壓試體，每組包含三個直徑為 150 mm，高度為 300 mm 的標準混凝土圓柱抗 壓試體，其中一組作為『混凝土 28 天強度之圓柱抗壓試體』 ，另一組試體為『混 凝土實驗前強度之圓柱抗壓試體』 。在本實驗試體製作過程中，剛好遇到國震中 心材料萬能試驗機移裝之情況，故在六次澆置中所取得之各組試體，僅第一次、 第二次、第三次之一組試體有進行齡期為 28 天的混凝土抗壓試驗，其餘各組試 體皆為實驗結束後，於 8 月 28 日進行混凝土抗壓試驗。各組混凝土圓柱試體抗 壓強度，整理於圖 3-24 與表 3.1 中，試體中各部位桿件對應之試驗強度整理於 圖 3-25。. 3.3.4 鋼筋設計強度與試驗結果 本實驗採用高拉力鋼筋，標稱降伏強度為f ′ =412MPa (4200 kgf/cm )。 試體共使用#3、#4、#5、#6、#8 等五種號數鋼筋；#3 鋼筋使用在柱、梁之箍筋 及繫筋與牆主筋，#4 鋼筋為版主筋，#5 鋼筋使用在鋼筋混凝土結合塊內，#6 鋼筋為柱主筋，#8 鋼筋使用在基礎內。所有鋼筋為均為同一批號，#3~#6 鋼筋 各取四根作抗拉試驗，#8 鋼筋為基礎鋼筋，無鋼筋試驗需求，抗拉試驗結果列 於表 3-2. 3.4 柱預加軸力 13.
(38) C1 柱為試體中唯一承受外加軸力之單柱，外加軸力之值由柱斷面進行撓曲 分析決定之。由 3.2 節可知柱斷面尺寸為40cm. 40cm，配置 12#6 主筋，根. 據此柱斷面配筋進行斷面撓曲分析可得到柱承受單向彎曲時，平衡載重P 為 806 kN，約為 0.183f ′ A ，以此P 值為基準，選擇讓 C1 柱承受略大於 P 之軸力，最後選取 850kN 為 C1 柱之外加軸力。. 14.
(39) 第四章 試驗計畫 4.1 試驗規劃 本次計畫為了研究試體受雙向剪力時，結構因勁度平面不對稱所造成的扭 轉行為，因此規劃了『試體可轉動之質心雙向反覆載重試驗』 ，這裡所指的試體 質心，直接定義為二樓樓版的幾何中心。實際上，各樓樓版之幾何中心並非試 體各樓層質心，然而在假設樓版為剛體的前提下，試體各桿件結點位移量與樓 版之運動行為有一定的幾何關係，因樓板與各桿件是互相連結的，且為了試驗 控制及試驗結果呈現的方便性，故這裡我們簡化定義： 『二樓樓版幾何中心為二 樓質心』、『一樓樓版幾何中心為一樓質心』。 同時規劃主要試驗執行之前，進行小位移單向反覆載重試驗，分別為： 『試 體無轉動之質心單向反覆載重試驗』及『試體可轉動之質心單向反覆載重試驗』 ， 以求得結構於彈性階段的平面勁度分配情形及扭轉行為。. 4.1.1 施力系統 本試驗共配置十組油壓制動器，從樓層分配上來看，一樓安裝四組，二樓 安裝六組；從方向分配上來看，有五組配置在試體長向上，另外五組配置在試 體短向上，詳閱圖 3-23。 在油壓制動器的控制上，為符合試驗需求，每組油壓致動器皆有各自的控 制方式。二樓的六組油壓致動器的控制，必須達到二樓樓版質心雙向直線反覆 運動，同時滿足雙向合力通過樓版質心的投影位置，於試驗進行中，會根據預 先規劃的反覆載重歷程，來控制質心雙向直線反覆運動，但試體實際位移量會 略小於規劃的載重歷時（其原因為：施力系統與試體接合處，於受力時會有微 小變形，且油壓致動器與樓版並非在同一個平面） ；而一樓四組油壓制動器的控. 15.
(40) 制皆設定為力量控制，乃根據地震力豎向分配原則來決定一樓四組油壓制動器 的出力。試體由基礎面至二樓樓板中心之高度為 4200 mm，基礎面至一樓樓板 中心之高度為 2300 mm，因此決定二樓油壓制動器與一樓油壓制動器的出力比 為 1.83：1(圖 4-1)。 圖 4-2 與圖 4-3 為二樓與一樓油壓制動器配置編號圖，圖中在試體長向上 油壓致動器為 Act.01~Act.03 與 Act.07~Act.08，所以在試體長向上，二樓與 一樓之出力比為應有如下之關係 (F1+F2+F3)/1.83=F7+F8. (4-1). 其中 F1、F2、F3 分別代表 Act.01~Act.03 的力量，F7、F8 為 Act.07~Act.07 的力量。 圖中在試體短向上油壓致動器為 Act.04~Act.06 與 Act.09~Act.010， 所以在試體短向上，二樓與一樓之出力比應有如下之關係 (F4+F5)/1.83=F9. (4-2). F6/1.83=F10. (4-3). 其中 F4、F5、F6 分別代表 Act.04~Act.06 的力量，F9、F10 為 Act.09、 Act.10 的力量。 式(4-1)~(4-3)為各試驗中，一樓油壓致動器的控制方式，而二樓油壓致動 器的控制方式則因試驗項目的不同有所差異，於 4.2 節進行詳述。. 4.1.2 反覆加載歷程 這個試驗中，以二樓質心(二樓樓板幾何中心)的位移量為整個系統的控制 參數。假定二樓樓板中心點至基礎頂面的距離為 h，二樓質心位移量為∆，則 Drift ratio. ∆. L. 100%(圖 4-1)，試驗時藉由控制層間變位角(Drift Ratio). 16.
(41) 來決定每次加載範圍，試驗過程中，各加載控制點之層間變位角與相對應之二 樓質心位移列於表 4-1 中。本試體共欲進行三項試驗時，為了避免在進行主要 的雙向試驗前，試體已經明顯開裂，故前兩項之單向試驗僅進行前三個層間變 位角 (0.05%、0.075%、0.1%)，而主要之雙向試驗則進行至試體強度降至最大 強度之 80%以下或試體達不穩定狀態才終止試驗。 本試驗之位移加載歷程以三角形波形依次輸出，加載歷程為定速似靜力方 式加載，加載歷程繪於圖 4-4，在每個層間變位角做三次載重循環，第一個載 重循環到達振幅尖峰值時進行裂縫描繪與試體拍照，第二個載重循環不進行裂 縫之描繪與試體拍照，至第三次載重循環到達振幅尖峰值時僅進行試體拍照。. 4.2 試驗項目 本節中介紹各試驗項目之控制細節與二樓油壓致動器的控制方式，一樓油 壓制動器之控制方式請參考式(4-1)~式(4-3)。. 4.2.1 試體無轉動之質心單向反覆載重試驗 本項試驗計畫，欲讓試體在不轉動的情況下，二樓質心分別進行短向與長 向上的單向移動。試驗分為 TEST1 與 TEST2 兩部分進行，TEST1 為試體二樓 質心在短向之單向移動，總共進行三個 draft ratio，分別為 0.05%、0.075%、0.1%， 每個載重進行三個循環，如 4.1.2 所敘述。在 TEST1 結束後，再進行 TEST2 試驗，TEST2 為試體二樓質心在長向之單向移動，載重歷程與 TEST1 相同， 圖 4-5 為 TEST1 與 TEST2 試驗時，試體位移方式示意圖。以下就 TEST1 與 TEST2 二樓油壓致動器之控制方式說明如下。 ●TEST1 進行 TEST1 試驗時，我們控制 Act.04 與 Act.06(圖 4-2)執行我們設定之測 試位移，再讓 Act.05 的力量與 Act.04 相等，這即為 TEST1 在二樓油壓致動器 17.
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