超高強度鋼高層建築結構之耐震評估研究

全文

(1)國立高雄大學土木與環境工程學系碩士論文. 超高強度鋼高層建築結構之耐震評估研究 Seismic Evaluation of High Rise Steel Buildings Using Ultra High Strength Steels. 研究生：劉琨泰撰指導教授：張惠雲博士中華民國 103 年 9 月.

(2) 謝誌非常感謝張惠雲教授在研究所期間耐心的指導與督促，讓我在學術研究上獲益良多。也非常感謝林克強博士在結構設計等部分不遺餘力的指導。因為有張惠雲教授與林克強博士，我才能完成本研究。除此之外，也非常謝謝兩位老師關心學生生活狀況。感謝口試委員邱建國教授對論文中的不足提出指教，讓論文更加完善。另外，研究所需之地震紀錄為邱建國教授居中聯絡國家地震研究中心簡文郁博士提供之，在此特別感謝。同時也感謝廖硃岑老師在撰寫論文期間的鼓勵與建議。感謝群策工程顧問股份有限公司，栗正暐董事長及工程師陳昇陽先生在結構計算與分析的教導。感謝仲元電腦股份有限公司，蔡江洋先生提供結構分析軟體，讓我可以更便利的完成研究。感謝碩士班同學，蘇威豪、張峻維、張盛涵、王郁智、蔡承翰、莊庭鳳、蔡尚豪在生活與課業上的幫忙，讓這兩年順利及有趣。感謝實驗室的學弟妹，隋開元、張耿瑋、黃誠中、阮玉柔、林冠宏、梁希慈、賴湘微幫忙研究遇到的問題與處理實驗室的大小事。研究所期間有幸獲得許多師長與朋友的協助，在此一併致謝。最後感謝我的家人這兩年來不論我遇到甚麼挫折與困難皆是以支持與鼓勵幫助我，讓我可以順利地完成學業。. I.

(3) 目錄謝誌............................................................................................................. I 表目錄........................................................................................................ V 圖目錄...................................................................................................... VI 中文摘要.................................................................................................. IX 英文摘要.................................................................................................... X 第一章緒論...............................................................................................1 1.1 研究背景與目的 ..........................................................................1 1.2 研究內容 ......................................................................................1 1.3 論文架構 ......................................................................................2 第二章文獻回顧 ......................................................................................3 2.1 建築鋼結構 ..................................................................................3 2.2 高層建築結構分析與設計 ..........................................................4 2.2.1 地震力靜力分析 ...............................................................4 2.2.2 地震力非線性歷時分析 ...................................................8 2.2.3 風力分析 ...........................................................................8 2.3 結構耐震易損性分析 ................................................................10 第三章案例結構之設計與分析 ............................................................12 3.1 前言.............................................................................................12 3.2 結構規劃 ....................................................................................12 3.3 載重計算 ....................................................................................14. II.

(4) 3.3.1 垂直載重分析 ................................................................14 3.3.2 地震力分析 ....................................................................15 3.3.3 風力分析 .........................................................................15 3.4 結構設計 ....................................................................................16 3.4.1 模型建置 .........................................................................16 3.4.2 板厚選擇 .........................................................................17 3.4.3 設計控制 .........................................................................18 第四章案例鋼結構耐震性能分析 ........................................................19 4.1 前言.............................................................................................19 4.2 非線性動力歷時分析 ................................................................19 4.2.1 分析程式 ........................................................................19 4.2.2 結構模型 ........................................................................20 4.2.3 地震資料 ........................................................................21 4.2.4 損害指標 ........................................................................22 4.2.5 易損性分析 ....................................................................22 4.3 耐震性分析與比較 ...................................................................23 4.3.1 耐震分析 .........................................................................23 4.3.2 層間變形 .........................................................................24 4.3.3 需求模型 .........................................................................24 4.3.4 易損曲線 .........................................................................25 第五章結論與建議 ................................................................................27 5.1 研究結果 ...................................................................................27 III.

(5) 5.2 建議課題 ...................................................................................28 參考文獻...................................................................................................29. IV.

(6) 表目錄表 2.1.1 美國、日本及台灣鋼結構設計材料及焊接基準比較 ...........32 表 2.1.2 SN 鋼材之材質規範 .................................................................33 表 2.1.3 台北 101 大樓 SM570M 鋼鈑材質規格與說明 .....................34 表 3.2.1 鋼材之降伏強度與抗拉強度及伸長率 ...................................37 表 3.2.2 案例建築物 40F-SN490B 之柱梁斷面尺寸 ............................39 表 3.2.3 案例建築物 40F-SM570 之柱梁斷面尺寸 ..............................40 表 3.2.4 用鋼量分析與統計 (單位:ton) ................................................41 表 3.3.2.1 案例建築物基層剪力係數 ....................................................41 表 4.2.2.1 案例建築物考慮剛域後振動週期 (單位:秒) ......................42 表 4.3.2.1 案例建築物受震最大層間位移角 θ ...................................43 表 4.3.3.1 案例建築物 40F-SN490B 受迴歸期 475 年地震作用下最大層間位移角與發生樓層 ......................................................44 表 4.3.3.2 案例建築物 40F-SN490B 受迴歸期 2500 年地震作用下最大層間位移角與發生樓層 ......................................................45 表 4.3.3.3 案例建築物 40F-SM570 受迴歸期 475 年地震作用下最大層間位移角與發生樓層 ..........................................................46 表 4.3.3.4 案例建築物 40F-SM570 受迴歸期 2500 年地震作用下最大層間位移角與發生樓層 ......................................................47 表 4.3.3.1 迴歸分析結果 .........................................................................48. V.

(7) 圖目錄圖 2.2.2.1 結構物設計地震力、降伏地震力、極限地震力與韌性 R .49 圖 3.2.1 案例建築物上部結構平面圖 ....................................................50 圖 3.3.1.1 案例建築物 40F-SN490B 之垂直載重分佈 ..........................51 圖 3.3.1.2 案例建築物 40F-SM570 之垂直載重分佈 ............................51 圖 3.3.2.1 案例建築物 40F-SN490B 結構基本振動模態 ......................52 圖 3.3.2.2 案例建築物 40F-SN490B 結構基本振動模態 ......................52 圖 3.3.3.1 案例建築物 40F-SN490B 順向風力(順風向: X 向) .............53 圖 3.3.3.2 案例建築物 40F-SN490B 橫向風力(順風向: X 向) .............53 圖 3.3.3.3 案例建築物 40F-SN490B 扭矩(順風向: X 向) .....................54 圖 3.3.3.4 案例建築物 40F-SN490B 順向風力(順風向: Y 向) .............54 圖 3.3.3.5 案例建築物 40F-SN490B 橫向風力(順風向: Y 向) .............55 圖 3.3.3.6 案例建築物 40F-SN490B 扭矩(順風向: Y 向) .....................55 圖 3.3.3.7 案例建築物 40F-SM570 順向風力(順風向: X 向) ...............56 圖 3.3.3.8 案例建築物 40F-SM570 橫向風力(順風向: X 向) ...............56 圖 3.3.3.9 案例建築物 40F-SM570 扭矩(順風向: X 向) .......................57 圖 3.3.3.10 案例建築物 40F-SM570 順向風力(順風向: Y 向) .............57 圖 3.3.3.11 案例建築物 40F-SM570 橫向風力(順風向: Y 向) .............58 圖 3.3.3.12 案例建築物 40F-SM570 扭矩(順風向: Y 向) .....................58 圖 3.4.3.1 案例建築物 40F-SN490B 梁構件最大應力比 ......................59 圖 3.4.3.2 案例建築物 40F-SN490B 柱構件最大應力比 ......................59. VI.

(8) 圖 3.4.3.3 案例建築物 40F-SM570 梁構件最大應力比 ........................60 圖 3.4.3.4 案例建築物 40F-SM570 柱構件最大應力比 ........................60 圖 3.4.3.5 案例建築物 40F-SN490B 層間位移角(X 向) .......................61 圖 3.4.3.6 案例建築物 40F-SN490B 層間位移角(Y 向) .......................61 圖 3.4.3.7 案例建築物 40F-SM570 層間位移角(X 向) .........................62 圖 3.4.3.8 案例建築物 40F-SM570 層間位移角(Y 向) .........................62 圖 4.2.1 案例建築物之 PISA3D 模型圖 .................................................63 圖 4.2.2 塑鉸模型 ....................................................................................64 圖 4.2.3 柱與梁之雙線性模型 ................................................................64 圖 4.2.4 柱之軸力與彎矩互制作用模型 ................................................65 圖 4.2.3.1 地震紀錄 TAP002-EW 原始加速度歷時與放大後反應譜 ..66 圖 4.2.3.2 地震紀錄 TAP002-NS 原始加速度歷時與放大後反應譜 ...66 圖 4.2.3.3 地震紀錄 TAP040-EW 原始加速度歷時與放大後反應譜 ..67 圖 4.2.3.4 地震紀錄 TAP040-NS 原始加速度歷時與放大後反應譜 ...67 圖 4.2.3.5 地震紀錄 TAP041-EW 原始加速度歷時與放大後反應譜 ..68 圖 4.2.3.6 地震紀錄 TAP041-NS 原始加速度歷時與放大後反應譜 ...68 圖 4.2.3.7 地震紀錄 TAP042-EW 原始加速度歷時與放大後反應譜 ..69 圖 4.2.3.8 地震紀錄 TAP042-NS 原始加速度歷時與放大後反應譜 ...69 圖 4.2.3.9 地震紀錄 TAP054-EW 原始加速度歷時與放大後反應譜 ..70 圖 4.2.3.1 地震紀錄 TAP054-NS 原始加速度歷時與放大後反應譜 ...70 圖 4.2.3.11 地震紀錄 TAP055-EW 原始加速度歷時與放大後反應譜 71 圖 4.2.3.12 地震紀錄 TAP055-NS 原始加速度歷時與放大後反應譜 .71 VII.

(9) 圖 4.2.3.13 地震紀錄 TAP094-EW 原始加速度歷時與放大後反應譜 72 圖 4.2.3.14 地震紀錄 TAP094-NS 原始加速度歷時與放大後反應譜 .72 圖 4.3.3.1 案例建築物 40F-SN490B 層間位移角與地震譜加速度 ......73 圖 4.3.3.2 案例建築物 40F-SM570 層間位移角與與地震譜加速度 ....73 圖 4.3.4.案例建築物 40F-SN490B 之易損曲線 .....................................74 圖 4.3.4.案例建築物 40F-SM570 之易損曲線 .......................................74 圖 4.3.4.案例建築物生命安全界限之易損曲線 ....................................75 圖 4.3.4.案例建築物倒塌防止界限之易損曲線 ....................................75. VIII.

(10) 超高強度鋼高層建築結構之耐震評估研究指導教授：張惠雲國立高雄大學土木與環境工程學系學生：劉琨泰國立高雄大學土木與環境工程學系摘要世界各國人口隨商業活動日漸集中於都會區，而建築房屋也因此往高層化作發展。儘管如此，國內外目前仍很少有研究對上述高層建築物之結構設計與性能評估法進行深入研究。臺灣位於環太平洋地震帶上故建築物耐震需求高，特別是台北盆地效應對高層建築可能影響甚鉅。本研究首先依照國內現行法規，設計與分析兩棟位於台北二區之 40 層樓抗彎矩鋼構架、以進行案例研究。案例建築物 40F-SN490B 之柱構材皆使用 SN490B 鋼材，另一案例建築物 40F-SM570 則在下部 14 個樓層柱改用 SM570 高強度鋼材。研究結果顯示，下部樓層柱改用 SM570 鋼材可減小斷面故節省用鋼量，但為使設計地震力下層間位移角小於千分之五而上部樓層梁須用較大斷面，故結果案例的 40 層建築物總用鋼量節省 137 噸、約 2.7%。之後，本研究採用 14 組地震歷時紀錄，並考量迴歸期 475 年與 2500 年共兩種地震強度，來進行非線性動力歷時分析、以分析案例建築物層間位移角等受震需求。結果顯示，下部樓層柱改用 SM570 鋼材之案例建築物層間位移角之最大反應、平均值與標準差皆較小。此外，分析所獲受震變形需求為 2.30%，小於目前規範對所要求之 4%。本研究最後參考 FEMA356，分別以層間位移角 2.5% 與 5%作為生命安全與倒塌防止之性能界限，以對案例建築物進行易損性分析。結果顯示，兩棟案例建築物對生命安全界限要求之易損曲線相似，而下部樓層柱改用 SM570 鋼材之案例建築物更能滿足倒塌防止要求。關鍵字：高層建築、鋼結構、抗彎矩構架、變形需求、易損曲線. 中文摘要. IX.

(11) Seismic Evaluation of High Rise Steel Buildings Using Ultra High Strength Steels Advisor: Assoc. Prof. Heui-Yung Chang Department of Civil and Environmental Engineering, National University of Kaohsiung Student: Kuen-Tai Liou Department of Civil and Environmental Engineering National University of Kaohsiung ABSTRACT Case studies were carried out to investigate the benefits of applying high strength steels to high-rise buildings in seismically active zones. In detail, two 40-story steel moment frames were first designed for the Taipei Microzonation II. One example building uses SN490B steel in the columns. The other uses SM570 steel to replace SN490B in the columns from the 1st to the 14th story. The buildings were designed in accordance with building codes and design guides. The stress ratios and story drift ratios were limited to 0.9 and 0.005. The use of SM570 steel was found to save steel materials up to 137 tons steel in total, approximately 2.7%. To limit the story drift ratio to 0.005, the beam sections need enlarging when using the SM570 steel. The seismic evaluation was then made using nonlinear time history analysis with 14 sets of ground motions scaled to have the return periods of 475 years and 2500 years. The example building using the SM570 steel was found to have smaller drift responses and variations. In addition, the analyzed 2.30% drift demand is smaller than the code requirement, i.e. 4%. By referencing FEMA 356, the fragility of example buildings was finally assessed using the drift ratios of 2.5% and 4% for the limit states of life safety and collapse prevention. For the limit state of life safety, the example buildings were found to have similar fragility. But for the limit state of collapse prevention, the example building using the SM570 steel was found to be superior to the other. The results of case studies have shown the benefits of applying high strength steels to high-rise buildings in seismically active zones. Keywords: High-rise buildings, Steel structures, Moment resisting frames,. X.

(12) Deformation demand, Fragility curves. XI.

(13) 第一章緒論 1.1 研究背景與目的因交通便利性增加與科技進步快速等原因，各國間商業活動頻繁，都會區人口也因此增加。為了在有限的土地容納更多的人口與商業活動，建築物勢必往高樓層發展。一般而言，建築物高度越高，其所須使用的材料強度也隨之提高。近年來鋼材亦逐漸往高強度發展，如使用 SM570 鋼材之台北 101 大樓即是一個典型的案例。台灣處位於環太平洋地震帶上，故建築物耐震能力一直是結構設計之重點。台北之盆地效應，對於建築物之耐震能力也是一大考驗。儘管如此，國內外目前不論在結構設計或是耐震評估，仍很少有研究對上述使用高強度鋼材於高層鋼結構建築之效益進行探討。有鑑於此，本研究設計兩棟工址位於台北盆地之 40 層樓鋼結構建築物，進行案例研究與分析。參考業界經驗，本研究設計一棟案例建築物之柱皆使用 SN490B 鋼材，另一棟案例建築物則在下部 14 個樓層之柱改用 SM570 鋼材，其他樓層仍使用 SN490B 鋼材。本研究最後根據兩棟案例建築物之結構設計結果，總用鋼量，受震變形需求與結構易損曲線進行比較，探討應用 SM570 鋼材於高樓建築耐震設計之效益。. 1.2 研究內容本研究首先使用 ETABS 軟體設計與分析兩棟 40 層樓之案例建築物。結構設計時主要參照國內建築物耐震設計規範及解說、建築物耐 1.

(14) 風設計規範及解說與鋼構造建築物鋼結構設計技術規範(鋼結構極限設計法規範及解說)來進行。之後，針對之梁與柱之斷面尺寸，總用鋼量等設計結果進行分析比較。為分析案例建築物之耐震能力，本研究使用 PISA3D (Platform of Inelastic Structural Analysis for 3D systems) 軟體對案例建築物進行非線性動力歷時分析。分析共使用 14 組地震歷時紀錄，並考量迴歸期 475 年與 2500 年兩種地震強度。選擇層間位移角為損害指標，分析主要參考 FEMA 356，分別以層間位移角 2.5%與 5%作為生命安全（life safety）與倒塌防止 (Collapse Prevention) 之性能界限。更進一步，選擇地震反應譜加速度與最大層間位移角，建立受震需求模型，進行易損性分析。本研究最後即根據上述案例分析結果，探討應用 SM570 鋼材於高樓建築耐震設計之效益。. 1.3 論文架構本研究論文共分五章。第一章說明本研究之背景與動機、目的及內容。第二章針對建築用鋼材、高層建築之設計與分析及建築物易損性進行文獻回顧。第三章說明案例結構之設計與分析，包括案例建築物設計時使用之考量與其設計之最後結果比較。第四章進行案例鋼結構耐震性能分析，也就是將案例建築物進行動力歷時分析並評估其易損性。第五章總結分析結果後提出結論，並對未來的研究方向提出建議。. 2.

(15) 第二章文獻回顧 2.1 建築鋼結構 (1)構件形式與設計規範美國、日本及台灣之建築鋼結構比較如表 2.1.1(張等,2005)。如表所示，台灣與日本慣用之構件形式一樣，也就是梁為 H 型鋼，而柱以箱型柱為主，H 型鋼為輔。此外，箱型柱需使用高入熱量接。美國則梁與柱均以 H 型鋼為主。另一方面，台灣鋼結構設計規範主要參考美國 AISC (American Institute of Steel Construction) 規範為主，加上國內相關研究成果訂定。日本則依照 AIJ (Architectural Institute of Japan) 規範進行結構設計。台灣所使用之鋼材種類相當多，如 CNS 13812 (SN400A、SN400B、 SN400C、SN490B、SN490C)，CNS 2947(SM400A、SM400B、SM400C、 SM490A、SM490B、SM490C、SM490YA、SM490YB、SM520B、 SM520C、SM570)，ASTM A36、ASTM A572、ASTM A992 等(內政部營建署,2007；陳,2008)。其中，CNS 2947「熔接結構用軋鋼料」之規定主要沿用 JIS G3106「熔接構造用壓延鋼材」，而 CNS13812「建築構造用軋鋼材」之規定則主要沿用 JIS G3136「建築構造用壓延鋼材」。也就是說，實際上台灣存在著美國 ASTM 與日本 JIS 兩種標準建議之鋼材的混用。如表 2.1.1 所示，台灣銲接規範參考美國 AWS (American Welding Society)、AIJ 等國外規範為主，加上國內相關研究成果訂定之。. 3.

(16) (2) SN490B 與 SM570 鋼材鋼板之選擇不單單考量材料標準即可，亦需考量細部設計，加工性及經濟性等問題，而本研究單純考量強度之差異，選擇 SN490B 與 SM570 作為案例建築物使用之鋼材。 SN490B 為 CNS 13812 規定之鋼材。SN 系列之鋼材為日本於 1994 年推出並於 1995 年阪神大地震發生後規定耐震構材應使用 SN 鋼材。 SN 鋼材對於降伏強度範圍與降伏比有所限制，所以更適合使用於耐震構材(內政部營建署,2007)。SN 鋼材進一步可分為 A、B 及 C 系列，材料規格嚴謹程度為 C>B>A。表 2.1.2 為 SN 系列鋼材之材質規範 (林,2010)，其中 SN-A 系列並無 SN490A 之規格。近年來更高強度鋼材也受到重視，如 SM570 系列之鋼材。台北 101 大樓為 SM570 鋼材在國內應用相當成功之例子。由於 101 大樓外柱最大尺寸 2.4mx3.0m，柱板厚達到 50~80mm，故無法直接選用 CNS SM570 之規格化鋼材，故將規格確定後之鋼材稱為 SM570M。表 2.1.3(張等,2005)中依序說明 SM570M 之強度、韌性及碳當量等規格。台北 101 大樓之興建完成適足以證明，國內廠商已有能力生產板厚至 80mm 之高強度、高性能鋼板。. 2.2 高層建築結構分析與設計 2.2.1 地震力靜力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 4.

(17) 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水平總橫力，最後之最小設計水平總橫力以三者中最小為之。三者之計算式分別如下:. 𝑉𝑉 ∗ =. 𝑉𝑉 =. 𝐼𝐼𝐹𝐹𝑢𝑢. 4.2𝛼𝛼𝑦𝑦 𝐼𝐼. 1.4𝛼𝛼𝑦𝑦. 𝑉𝑉𝑀𝑀 =. 𝐼𝐼. �. �. 𝑆𝑆𝑎𝑎𝑎𝑎 𝐹𝐹𝑢𝑢. 𝑆𝑆𝑎𝑎𝑎𝑎 𝐹𝐹𝑢𝑢. �. � 𝑊𝑊 𝑚𝑚. � 𝑊𝑊. 𝑆𝑆𝑎𝑎𝑎𝑎. 𝑚𝑚. � 𝑊𝑊. 1.4𝛼𝛼𝑦𝑦 𝐹𝐹𝑢𝑢𝑢𝑢 𝑚𝑚. (2.2.1.1) (2.2.1.2) (2.2.1.3). (1) I :用途係數考量為針對建築物之重要性不同給定不同用途係數以提高設計地震力。 (2) αy : 起始降伏地震力放大倍數圖 2.2.2.1 所示為建築物受地震側力作用下力與位移的非線性曲線。. αy 之值為圖中降伏地震力 Py /設計地震力 Pd，其代表意義為設計地震力放大αy 倍後，構造開始產生第一個降伏斷面。 (3) SaD : 工址設計水平譜加速度係數此係數為工址水平向之設計譜加速度與重力加速度 g 之比值。此值與建築物週期 T、工址短週期設計水平譜加速度係數 SDS 及工址一秒週期設計水平譜加速度係數 SD1 有關。建築物週期 T 可依規範提供之經驗公式或其他結構力學方式計算。工址短週期設計水平譜加速度係數 SDS 與震區短週期設計水平譜加速度係數𝑆𝑆𝑆𝑆𝐷𝐷 有關， 5.

(18) 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𝑆𝑆1𝐷𝐷 有關。𝑆𝑆𝑆𝑆𝐷𝐷 與𝑆𝑆1𝐷𝐷 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 6.

(19) 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： Ft = 0.07TV. (2.2.1.4). Ft 不必大於0.25V(V: 最小總橫力)；若基本振動週期T為0.7 秒以下， Ft 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. 𝐹𝐹𝑥𝑥 =. (𝑉𝑉−𝐹𝐹𝑡𝑡 )𝑤𝑤𝑥𝑥 ℎ𝑥𝑥 ∑𝑛𝑛 𝑖𝑖=1 𝑊𝑊𝑖𝑖 ℎ𝑖𝑖. (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 =. 𝐼𝐼𝐹𝐹𝑢𝑢. 4.2𝛼𝛼𝑦𝑦. 𝑆𝑆𝑎𝑎𝑎𝑎. �. 𝐹𝐹𝑢𝑢. � 𝑊𝑊. 計算位移時應計及平移與扭轉位移。. 7. 𝑚𝑚. (2.2.1.6).

(20) 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 = 𝑞𝑞𝑞𝑞𝐶𝐶𝑝𝑝 − 𝑞𝑞𝑖𝑖 (𝐺𝐺𝐶𝐶𝑝𝑝𝑝𝑝 ) 8. (2.2.3.1).

(21) 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. 風速壓 (kgf/m2)、(3) 𝐺𝐺:陣風反應因子、(4) 𝐶𝐶𝑝𝑝 :外風壓係數、(5) 𝑞𝑞𝑖𝑖 內風速壓 (kgf/m2)、(6) (𝐺𝐺𝐶𝐶𝑝𝑝𝑝𝑝 ):內風壓係數。. 外風速壓𝑞𝑞與內風速壓𝑞𝑞𝑖𝑖 兩者皆為風速壓，故一併探討。風速壓會. 受下列因子影響(1)建築物所在位置及其附近地表特性，規範中分為地況 A、B 及 C 三類。(2)基本設計風速 V10(C)，此參數為依據 128 個侵臺颱風最大十分鐘平均風速資料求出，進一步將全台劃分出不同之區域，給定基本設計風速。(3)用途係數 I，此參數為考量建築物之重要性後給定。一般建築物之基本設計風速係為對應於 50 年回歸期，重要建築物之基本設計風速為對應於 100 年回歸期，重要性較低建築物之基本設計風速為對應於 25 年回歸期。 𝐺𝐺為陣風反應因子，此因子考量風速具有隨時間變動的特性，以. 此因子將順風向造成的動態風壓轉換成等值風壓處理。. 外風壓係數𝐶𝐶𝑝𝑝 與內風壓係數(𝐺𝐺𝐶𝐶𝑝𝑝𝑝𝑝 ) 皆為風壓係數，故一併探討。，. 風速壓 q 為表示風速受阻而完全靜止時，作用在建築物表面上之風壓. 力。由於建築物並非無窮大，風可從四面八方流過，因此作用在建築物表面上的風壓，並不等於風速壓 q，而應是風速壓 q 乘以風壓係數 𝐶𝐶𝑝𝑝 。. 以上所提到的皆是建築物所受之順向風力。而實際上建築物亦有. 機會受到橫向風力以及風所造成之扭矩。根據規範，當建築物近似規則矩形柱體，且滿足3 ≤ h/√𝐵𝐵𝐵𝐵 ≤ 6，0.2 ≤ L/B ≤ 5，𝑓𝑓𝑎𝑎 √𝐵𝐵𝐵𝐵/𝑉𝑉ℎ ≤ 0.4 (𝑓𝑓𝑡𝑡 √𝐵𝐵𝐵𝐵/𝑉𝑉ℎ ≤ 0.4)時，應計算紊流與尾跡流所造成之橫風向風力及動 9.

(22) 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，𝑓𝑓𝑎𝑎 為建築物橫風向基本自然. 頻率，𝑓𝑓𝑡𝑡 為建築物扭轉向基本自然頻率，𝑉𝑉ℎ 為高度 h 處之風速。. 2.3 結構耐震易損性分析易損性分析可分為震災調查統計法、非線性靜力分析法及非線性動力分析法(陳,2008)。震災調查統計法為收集震災後政府或相關研究單位之建築物損害調查報告，如台灣 921 集集大地震全面勘災報告(蕭,1999)中即依行政區、建築構造種類與樓層別等分類，統計出 8773 筆建築物災後損壞狀況，並在最後探討震災原因。根據此類報告可以雖可以快速找出建築損害狀況，但不一定能找到足夠之特定類別建築物損害資料用來建立建築物易損曲線。除依調查報告外，亦有研究(姚等,2008)利用問卷方式自行至現場調查醫院建築中非結構物損害情形，進一步建立易損曲線。非線性靜力分析法之建築物損壞狀況是依照容量震譜法分析所得。容量震譜法為評估建築物耐震能力是否符合預期性能之方法。容量震譜法必須求得建築物之容量震譜與需求震譜。容量震譜為對建築物進行側推分析後所得之結果。需求震譜為考量工址特性與結構進入非線性後非彈性變形產生之能量消散折減而得之反應譜。容量震譜與需求震譜之交點為性能點，此點代表的是建築所能承受之最大位移與地震強度。損害指標可為層間位移角或桿件損害狀況等，將所獲得之 10.

(23) 資料進一步計算後即可得建築物之易損曲線 (林,2007)。非線性動力分析法為依照地震歷時分析所得。為考量較確切反映工址特性，故分析時以選擇多組地震歷時紀錄較佳。建築物之易損曲線建立之模型需要選擇損害指標與代表地震力之指標。損害指標可選擇層間位移角或層間位移，代表地震力之指標可選擇最大地表加速度 (PGA)或譜加速度 Sa。將分析所得之害指標與代表地震力之指標進行統計分析後即可求出建築物在不同性能下之易損曲線 (Li and Ellingwood, 2006 ; Ramanathan, 2012)。本研究參照 FEMA356，選擇層間位移角分析案例高樓層鋼結建築物之變形需求。另外，非線性動力歷時分析能直接反應高樓建築物受震反應中高模態之影響。故本研究採用非線性動力分析法，求取案例建築物之易損曲線。. 11.

(24) 第三章案例結構之設計與分析 3.1 前言國內高層建築常採用鋼結構，而伴隨建物高度增加柱斷面也隨之增加。柱斷面變大，除增加用鋼量也將減少可用的樓地板面積，更甚者不利基礎結構之設計與施工。上述問題可能由高強度鋼材之應用來解決。本研究因此設計與分析兩棟 40 層樓鋼結構建築，進行案例探討與研究。. 3.2 結構規劃 (1)建築物概要案例建築物為地下三層鋼筋混凝土結構，地上四十層鋼結構。結構系統採特殊抗彎矩構架系統(SMRF)。總樓高為 141.9 公尺。地下 3 樓用途為停車場，地上 1 樓至 4 樓為商場，地上 5 樓至 40 樓為辦公室。用途分類為第三類建築物，用途係數為 1.25。地下結構 X 向共五跨，每跨均為 8.5 公尺。Y 向也共五跨，中間跨距為 7 公尺，其他四跨為 8.25 公尺。地上結構為地下結構兩側各往內減少一跨，在 X 向與 Y 向皆內縮為三跨，X 向每跨均為 8.5 公尺，Y 向共三跨，中間跨距為 7 公尺，其餘二跨為 8.25 公尺。圖 3.2.1 為上部結構平面圖。. 12.

(25) (2)斷面設計本研究案例為兩棟為 40 層樓鋼結構建築。分別為標示為 40FSN490B 與 40F-SM570，前者柱皆使用 SN490B 鋼材，而後者柱 1 至 14 層樓使用 SM570 鋼材。兩者梁皆使用 SM490 鋼材。兩棟建築物設計時皆參考國內建築物耐震設計規範及解說且建築物之桿件最大應力比控制於 0.9 以下。使用的鋼材強度性質，兩棟建築物之斷面尺寸與總用鋼量比較於表 3.2.1 至表 3.2.4。如表 3.2.1，對於板厚 80mm 之箱型柱，鋼材採用 SM570 者材料抗拉強度較 SN490B 高，但降伏強度相差有限。如表 3.2.2 與表 3.2.3，建築物 40F-SM570 為滿足層間位移角的限制，故上部樓層梁斷面必須放大，甚至較建築物 40F-SN490B 梁斷面大。如表 3.2.4，兩棟案例建築物總用鋼量分別為 5046 頓與 4909 噸，故下部樓層柱改用 SM570 鋼材後結果節省之用鋼量為 137 噸，約 2.7%。. (3) 地盤分類案例建築物位於台北市大安區學府里，此地區依建築物耐震設計規範及解說，地盤分類為台北盆地微分區台北二區。. (4)參考規範本研究之建築案例是參考鋼構造抗彎矩構架建築結構設計實例中文講義(林克強,2014)之範例進行設計。結構設計所參考之規範為(1) 建築技術規則(內政部營建署，2013)。(2)建築物耐震設計規範及解說， 13.

(26) (內政部營建署，2011)。(3)鋼構造建築物鋼結構設計技術規範-鋼結構極限設計法規範及解說(內政部營建署，2007)。(4)建築物耐風設計規範及解說(內政部營建署，2006)。結構設計所使用之軟體為美國 CSI 公司所出版之 ETABS9.7.3 版。. 3.3 載重計算. 3.3.1 垂直載重分析案例建築物 40F-SN490B 與 40F-SM570 之垂直載重分析所考量材料單位重如下: (1) 鋼材單位重:7.85 tf/m3 (2) 鋼筋混凝土單位重: 2.40 tf/m3 (3) 隔間牆: 0.10 tf/m2 (4) 鋪面裝修: 0.03 tf/m2 (5) 水電設備: 0.02 tf/m2 (6) 鋁合金外牆: 0.15 tf/m2 (7) 屋頂水箱:50 tf. 圖 3.3.1.1 為建築物 40F-SN490B 垂直載重分佈圖。圖中 Y 軸為樓層數，從 B2F 到 RF；X 軸為樓層單位重，單位為 tf/m2。圖 3.3.1.1 中的屋頂層(RF)因為考量屋頂水箱重及屋突層重量，所以相較於鄰近樓層，樓層單位重會比較大。在其他樓層，樓層單位重是隨樓層降低而 14.

(27) 升高。因為較低的樓層的構件斷面會較高樓層大，所以樓層單位重才會升高。在地下室的部分因為是鋼筋混凝土構成並加上建築面積增大，所以樓層單位重才會大於上部結構近兩倍。圖 3.3.1.2 為建築物 40FSM570 垂直載重分佈圖。比較圖 3.3.1.1 及圖 3.3.1.2 可知，兩棟建築物垂直載重分佈趨勢一致，建築物 40F-SN490B 重量為 29828 噸。建築物 40F-SM570 重量為 29691 噸，較建築物 40F-SN490B 少 136 噸。. 3.3.2 地震力分析本節依照建築物耐震設計規範及解說分析案例建築物所受地震力。分析結果如下: (1) 結構動力特性: 圖 3.3.2.1 與圖 3.3.2.2 分別為案例建築物 40F-SN490B 和案例建築物 40F-SM570 之第一模態至第三模態與其對應之基本振動週期。 (2) 基層剪力係數如表 3.3.2.1，兩棟建築物的基底剪力係數相同，皆為 0.0857，且設計都是由避免中小度地震降伏之條件所控制。那是因為兩棟建築工址皆在同一地區，且兩棟建築物的自然振動週期皆靠近 4 秒，故基底剪力係數不受到建築物本身週期的影響。. 3.3.3 風力分析本節依照建築物耐風設計規範及解說，另外亦參考混凝土工程設計規 15.

(28) 範之應用(土木 404-100)(下冊)範例。風力會對建築物造成順風向風力、橫風向風力及扭矩三種作用力。在計算順風向風力所選擇之地況為地況 A，基本設計風速依照規範中所提供之資料 42.5m/s(台北市)，用途係數為 1.1(第三類建築物)。圖 3.3.3.1 至圖 3.3.3.3 依序為建築物 40F-SN490B X 向為順風向建築物所受之順向風力、橫向風力及扭矩。圖 3.3.3.4 至圖 3.3.3.6 為建築物 40F-SN490B Y 向為順風向建築物所受之順向風力、橫向風力及扭矩。圖 3.3.3.7 至圖 3.3.3.9 為建築物 40F-SM570 X 向為順風向建築物所受之順向風力、橫向風力及扭矩。圖 3.3.3.10 至圖 3.3.3.12 為建築物 40F- SM570 Y 向為順風向建築物所受之順向風力、橫向風力及扭矩。如圖所示，兩棟建築物的風力僅因建築物週期有些微差距。. 3.4 結構設計. 3.4.1 模型建置 (1)使用軟體本案例結構設計的部分所使用的是由美國 CSI 公司出版的 ETABS 軟體。 (2)活載重設計活載是依據建築技術規則之規定，地下 3 樓至地下 1 樓用 16.

(29) 途為停車場，故設計活載為 0.5 tf/m2，地上 1 樓至地上 40 樓用途為商場及辦公室，故設計活載為 0.3 tf/m2。 (3) 剛域 ETABS 程式允許在柱節點設剛域以模擬梁柱接頭行為。ETABS 指令 Rigid Zone Factor 在輸入指令時只需鍵入考量之百分比，ETABS 程式會自動考量梁身與柱寬換算出對應之剛域長度。本研究在鋼結構的部分採用 50%，即梁之剛域考慮 50%柱構件寬度，柱之剛域取 50% 梁構件深度。而在鋼筋混凝土結構所採用的是 100%，即梁之剛域考慮 100%柱構件寬度，柱之剛域取 100%梁構件深度。. 3.4.2 板厚選擇鋼板厚度以國內中鋼公司可以生產之尺寸為主。設計時以 3 個樓層更換一次斷面尺寸為原則，此考量是因為鋼材在運輸時的貨車長度大約等與三個樓層高。柱為箱型柱，所以尺寸上只需決定柱寬與板厚且在更換新斷面時以只更動柱寬或板厚其中之一為原則。梁採 H 組合斷面，更換新斷面時以只更動梁深、梁寬、腹板厚或翼板厚四者之一為原則。如此可避免斷面突然變化太大所造成之結構問題。設計所挑選之斷面皆符合鋼構造建築物鋼結構設計技術規範(鋼結構極限設計法規範及解說)之寬厚比限制。在計算寬厚比時，鋼材 SN490B 所使用之降伏強度為 3.3tf/m2 而鋼材 SM490 所使用之降伏強度為 3.2tf/m2。鋼材 SM570 所使用之降伏強度為 4.3tf/m2。. 17.

(30) 3.4.3 設計控制 (1)應力比本案例之結構設計的最大桿件應力比為以不超過 0.9 為原則。桿件應力比之計算方法為所考量之載種組合所造成的最大彎矩或是最大軸力除上構件標稱彎矩或是標稱軸力。ETABS 軟體可以協助使用者計算桿件應力比，ETABS 軟體所考量之桿件應力比為將軸力比與兩向的彎矩應力比三者相加，本研究將整體構件應力比皆以不超過 0.9 為原則進行設計。圖 3.4.3.1 與圖 3.4.3.2 為建築物 40F-SN490B 各樓層梁與柱構件之最大應力比。圖 3.4.3.3 與圖 3.4.3.4 為建築物 40FSM570 各樓層梁與柱構件之最大應力比。圖中 X 軸為應力比值，Y 軸為樓層。如圖所示，可以看出不論在建築物 40F-SN490B 或建築物 40F-SM570 的梁和柱之應力比值皆小於 0.9。 (2)層間位移角根據規範規定建築物必須檢核層間相對側向位移，層間相對側向位移為在地震力V =. 𝐼𝐼𝐹𝐹𝑢𝑢 𝑆𝑆𝑎𝑎𝑎𝑎 4.2. �. 𝐹𝐹𝑢𝑢. � 𝑤𝑤作用下，每一樓層與其上、下鄰層之 𝑚𝑚. 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。圖 3.4.3.5 至圖 3.4.3.8 為建築物 40F-SN490B 與建築物 40F-SM570 層間位移角檢核結果。由圖中可以看出兩棟建築物之層間相對側向位移皆小於 0.005。. 18.

(31) 第四章案例鋼結構耐震性能分析 4.1 前言如 3.1 所述，高層建鋼結構建築設計考量之重點除用鋼量上升或柱斷面積增加外，建築物之耐震性能亦是高層建鋼結構建築另一設計重點。上述之耐震性能可能由高強度鋼材之應用來解決。本章接續第三章之兩棟 40 層樓鋼結構建築進行非線性動力歷時分析，並以所得之層間變位和易損曲線分析案例建築物之耐震性能。. 4.2 非線性動力歷時分析. 4.2.1 分析程式本研究使用國家地震工程研究中心所開發的結構非線性分析平台 PISA3D (Platform of Inelastic Structural Analysis for 3D systems)與 GISA3D (Graphical Interface of Inelastic Structural Analysis for 3D)，進行案例建物的非線性動力歷時分析。 PISA3D 是一個以有限元素法為基礎的非線性結構動力分析引擎，其輸入與輸出的界面以文字檔為主。PISA3D 可模擬三為結構系統受不同外力特性之特性與加載後的反應。搭配 GISA3D，可加速結構模型之建立與分析前後之檢核。. 19.

(32) 4.2.2 結構模型如 3.2 節所述，本研究案例為兩棟 40 層樓鋼結構建築，分別為標示為 40F-SN490B 與 40F-SM570。前者柱皆使用 SN490B 鋼材，而後者柱 1 至 14 層樓使用 SM570 鋼材。兩者梁皆使用 SM490 鋼材。使用 PISA3D 建置完成案例建築物之結構模型，如圖 4.2.1。案例結構物採用抗彎矩鋼構架系統。本研究以塑鉸模型模擬柱與梁之非線性行為，且均採雙線性模型，如圖 4.2.2 與圖 4.2.3。柱並考慮軸力與彎矩之互制作用，如圖 4.2.4。與 ETABS 相同，PISA3D 軟體也允許在柱節點設剛域以模擬梁柱接頭行為。如 3.4.1 所述，本研究上部鋼結構，考慮梁之剛域 50%為柱構件寬度，柱之剛域取 50%梁構件深度。而在基礎之鋼筋混凝土結構，梁之剛域考慮 100%柱構件寬度，柱之剛域取 100%梁構件深度。如表 4.2.2.1，建築物 40F-SN490B 之基本振動週期在經 ETABS 軟體與 PISA3D 軟體計算後結果並不一致。第一振動週期至第三振動週期誤差分別為 1.47%、1.75%與 0.42%，誤差範圍皆在 2%以內。建築物 40F-SM570 之基本振動週期也有相同趨勢。上述同一建築物在不同軟體計算後基本振動週期呈現 2%內的誤差，經測試兩軟體內相對應指令後，發現如考量剛域皆為 0%時，兩軟體分析結果將一致。故如表 4.2.2.1 中週期差異的原因，為兩軟體程式對剛域之模擬與分析方式不同所致。. 20.

(33) 4.2.3 地震資料 (1)原始紀錄本研究分析共採用 14 組地震加速度歷時紀錄 (簡, 2014)。原始記錄取自中央氣象局台北二區測站資料。地震芮氏規模介於 6.0 到 7.5 之間，且地表最大加速度(PGA)大於 50gal。. (2)調整因子如圖 4.2.3.1 至圖 4.2.3.14 (簡, 2014)，原始地震資料經繪製成地震反應譜，再將 0.01 秒至 10 秒反應譜之平均強度調整至與設計反應譜強度一致，以找出放大地震強度所需之調整因子(Scale F)。如此放大的地震力，無法使每一振頻反應譜強度皆須高於 90%規範反應譜。故本研究所用的地震加速度紀錄強度，不完全符合建築物耐震設計規範及解說之要求。 (3)地震強度本研究依法規考量兩個強度之地震力，一為回歸期 475 年的地震，另一為回歸期 2500 年的地震。回歸期 475 年之地震就是上述提到乘上一倍數關係再經篩選後的 14 組地震，而回歸期 2500 年的地震為回歸期 475 年的地震再乘上三分之四即是。此倍數關係是由臺北二. 21.

(34) 區之工址短週期最大考量水平譜加速度係數除上工址短週期設計水平譜加速度係數所得出。. 4.2.4 損害指標損害指標為判斷一結構損壞狀況之參數。本研究分析參考 FEMA356，以最大層間位移角辨別鋼構架結構損壞狀況。具體而言，考量回歸期 475 年和 2500 年的地震強度，分別以層間位移角 2.5% 與 5%作為生命安全（life safety）與倒塌防止 (Collapse Prevention)之指標。. 4.2.5 易損性分析本研究選擇用地震反應譜加速度與最大層間位移角，建立受震需求模型如下式 θ = a(S𝑎𝑎 )𝑏𝑏. (4.1). 模型中θ為最大層間位移角，Sa 為地震反應譜加速度，a、b 為迴歸分析所得之常數。對數標準差β. θ∣S𝑎𝑎. 可依下式計算. β. θ∣S𝑎𝑎. =�. 𝑏𝑏 2 ∑𝑁𝑁 𝑖𝑖=1(ln 𝜃𝜃𝑖𝑖 − ln 𝑎𝑎(𝑆𝑆𝑎𝑎 ) ). 𝑁𝑁−2. 22. (4.2).

(35) 地震反應譜加速度為 Sa 的條件下，最大層間位移角θ超過要求的性能水準 d 之機率 Pf 如下 𝑑𝑑 ) 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑏𝑏. ln(. 𝑃𝑃𝑓𝑓 ( 𝜃𝜃 > 𝑑𝑑 ∣ 𝑆𝑆𝑎𝑎 = 𝑥𝑥 ) = 1 − Ф ( β. θ∣𝑆𝑆𝑎𝑎. ). (4.3). 上式中 Ф( )為標準常態分佈。. 4.3 耐震性分析與比較. 4.3.1 耐震分析本研究針對兩棟案例建築物，在回歸期 475 年和 2500 年地震作用下，利用 PISA3D 分析其受震反應。分析所得最大層間位移角θ，與對應案例建築物週期之地震加速度反應 Sa，根據式(4.1)進行迴歸分析，求得參數 a、b。根據式(4.2)，進一步求得對數標準差β. θ∣S𝑎𝑎. 。. 本研究分析參考 FEMA356，分別以層間位移角 2.5%與 5%作為生命安全（life safety）與倒塌防止 (Collapse Prevention)之指標 (d)。最後，變換地震強度𝑆𝑆𝑎𝑎 = 𝑥𝑥，並將之前迴歸分析參數 a、b 及β. 入式(4.3)，即可求得建築物易損曲線。. 23. θ∣S𝑎𝑎. 帶.

(36) 4.3.2 層間變形本研究使用 14 組地震記錄，分別考慮回歸期 475 年和 2500 年地震強度，分析兩棟案例建築物受震最大層間位移角θ，如表 4.3.2.1。如表 4.3.2.1(a)所示，在回歸期 475 年地震作用下，兩棟案例建築物受震層間位移角θ需求平均值分別為 1.78%與 1.67%。進一步比較後可以發現，下部樓層柱使用 SM570 鋼材之案例建築物受震層間位移角θ，無論是最大反應 (Max)，平均值 (Ave) ，與標準差 (Stdv)，皆較另一案例建築物小。國內外鋼結構耐震設計要求，梁柱接頭須具備抵抗 4%層間位移角之變形能力。在回歸期 475 年地震作用下，本研究兩棟案例建築物層間位移角的平均值加一倍標準差，分別為 2.30%與 2.07%。也就是說規範要求之變形能力，遠大於本研究案例分析所獲得之變形需求。如表 4.3.2.1(b)所示，在回歸期 2500 年地震作用下，兩棟案例建築物受震層間位移角θ需求平均值分別為 2.22%與 2.04%。也就是說規範要求之變形能力 4%，遠大於本研究案例分析所獲得之變形需求。進一步比較後可以發現，回歸期 2500 年地震反應與回歸其 475 年的地震反應有相同的趨勢，也就是下部樓層柱使用 SM570 鋼材之案例建築物受震層間位移角θ在最大反應 (Max)，平均值 (Ave) ，與標準差 (Stdv)，皆較另一案例建築物小。. 4.3.3 需求模型本研究分析所得兩棟案例建築物最大層間位移角θ，與對應案例 24.

(37) 建築物週期之地震加速度反應 Sa，分別繪製如圖 4.3.3.1 與圖 4.3.3.2。圖中標示 10/50 ground motion，代表迴歸期 475 年、即 50 年超越機率 10%之地震。圖中標示 2/50 ground motion，則代表迴歸期 2500 年、即 50 年超越機率 2%之地震。表 4.3.3.1 與表 4.3.3.2 分別為案例建築物 40F-SN490B 受迴歸期 475 年與 2500 年之強度地震後，各個歷時紀錄使案例建築物之最大層間位移角與其產生之樓層。表 4.3.3.3 與表 4.3.3.4 分別為案例建築物 40F-SM570 受迴歸期 475 年與 2500 年之強度地震後，各個歷時紀錄使案例建築物之最大層間位移角與其產生之樓層。根據式(4.1)與式(4.2)進行求得迴歸分析參數 a、b，與對數標準差 β. θ∣S𝑎𝑎. ，整理如表 4.3.3.1。. 4.3.4 易損曲線變換地震強度𝑆𝑆𝑎𝑎 = 𝑥𝑥，並將表 4.3.3.1 中迴歸分析參數 a、b 及β. θ∣S𝑎𝑎. 帶入式(4.3) 即可求得兩棟案例建築物之受震易損曲線，如圖 4.3.4.1 與圖 4.3.4.2。針對生命安全界限，兩棟案例建築物之易損曲線比較如圖 4.3.4.3。如 4.2.4 所述，本研究分析參考 FEMA356，以層間位移角 2.5%作為 25.

(38) 抗彎矩鋼構架之生命安全（life safety）指標 (d)。由圖可知，兩棟案例建築物對生命安全界限要求之易損曲線相似。當地震強度 Sa 超過 0.1 g，兩棟案例建築物即開始無法滿足生命安全界限之性能要求。當地震強度 Sa 增加到 2.5 g，兩棟案例建築物即完全無法滿足生命安全界限之性能要求。進一步比較後可以發現，下部樓層柱改用 SM570 鋼材之案例建築物比較能滿足生命安全界限之性能要求。針對倒塌防止界限，兩棟案例建築物之易損曲線比較如圖 4.3.4.4。如 4.2.4 所述，本研究分析參考 FEMA356，以層間位移角 5%作為倒塌防止 (Collapse Prevention)之指標 (d)。由圖可知，兩棟案例建築物對倒塌防止限要求之易損曲線不盡相同。當地震強度 Sa 大於 1.3 g，下部結構柱改用 SM570 鋼材之案例建築物開始無法滿足倒塌防止界限之性能要求。相較之下，另一柱全部使用 SN490B 鋼材之案例建築物在地震強度 Sa 大於 0.8 g，即無法滿足倒塌防止界限之性能要求。此外，地震強度 Sa 繼續增加至 5g，前者耐震性無法滿足倒塌防止界限要求之機率，均小於後者。換言之，下部樓層柱改用 SM570 鋼材之案例建築物比較能滿足倒塌防止界限之性能要求。. 26.

(39) 第五章結論與建議 5.1 研究結果本研究首先依照國內現行法規，設計與分析兩棟位於台北二區之 40 層樓抗彎矩鋼構架、以進行案例研究。案例建築物 40F-SN490B 之柱構材皆使用 SN490B 鋼材，另一案例建築物 40F-SM570 則在低樓層柱改用 SM570 高強度鋼材。本研究進一步進行非線性動力歷時分析，分析案例建築物層間位移角等耐震需求。本研究最後參考 FEMA356，分別以層間位移角 2.5%與 5%作為生命安全與倒塌防止之性能界限，以對案例建築物進行易損性分析。上述案例設計研究與分析結果如下: (1) 下部樓層柱改用 SM570 鋼材，因材料強度提高而可以減小斷面與節省用鋼。但同一案例建築物為符合設計地震力下層間位移角小於千分之五之規定，因此上部樓層梁斷面較另一棟案例建築物大。下部樓層柱改用 SM570 鋼材之案例建築物總用鋼量節省 137 噸、約 2.7%。 (2) 非線性歷時分析結果顯示，下部樓層柱改用 SM570 鋼材之案例建築物受到回歸期為 475 年與 2500 年之地震作用，其層間位移角之最大反應、平均值與標準差皆小於另一案例建築物。案例分析所獲受震變形需求為 2.30%，小於目前規範對所要求之 4%。 (3) 兩棟案例建築物對生命安全界限要求之易損曲線相似，但下部樓層柱改用 SM570 鋼材之案例建築物更能滿足倒塌防止要求。. 27.

(40) 5.2 建議課題 (1) SM570 與 SN490 兩種鋼材，降伏強度相近、但拉力強度與變形能力不同。本研究主要根據非線性動力歷時分析結果，進行案例建築物之耐震性評估。後續研究可對案例建築物進行非線性側推分析，以進一步瞭解應用 SM570 鋼材之效益。 (2) 本研究根據國內規範所設計之兩棟案例建築物，採用抗彎矩鋼構架系統，且設計工址皆位於台北二區。後續研究可針對其他結構系統(例如斜撐鋼構架系統) 與工址特性 (包括盆地效應與近斷層效應) ，探討應用 SM570 等高強度、高性能鋼材應用於高樓層建築之效益。. 28.

(41) 參考文獻中國土木水利工程學會混凝土工程委員會 (2011) 混凝土工程設計規範之應用(土木 404-100 下冊)、科技圖書、臺灣。內政部營建署 (2006) 建築物耐風設計規範及解說。內政部營建署 (2007) 鋼構造建築物鋼結構設計技術規範-鋼結構極限設計法規範及解說。內政部營建署 (2011) 建築物耐震設計規範及解說。林克強 (2014) 鋼構造抗彎矩構架建築結構設計實例、國家地震工程研究中心。林志和 (2010) SN490B 鋼銲件之巨觀力學特性與微觀結構研究，國立高雄大學土木與環境工程學系碩士論文。林宜德 (2007) 鋼筋混凝土結構物之地震易損性分析－不同時期規範之比較，國立中央大學土木工程研究所碩士論文。徐銘志 (2006) 鋼骨結構物之地震易損性分析、國立中央大學土木工程研究所碩士論文。張敬昌、謝紹松、王正雄、莊憲正 (2005) 從建築結構設計的角度談鋼板規格的訂定，結構工程，20 卷 1 期 31-63。陳正偉 (2008) 電熱熔渣銲接應用於 ASTM A992 建築結構用鋼之研究，國立台灣科技大學機械工程研究所碩士論文。陳政宇 (2008) 意外偏心對鋼結構建築物耐震可靠度影響研究，國立高雄大學土木與環境工程學系碩士論文。. 29.

(42) 黃志榮 (2005) 硫含量對 A992、SN490B 及 SN490C 結構用鋼之機械性質影響、國立臺灣科技大學機械工程系碩士論文。蕭江碧（1999）九二一集集大地震全面勘災報告：建築物震害調查，國家地震工程研究中心。聯邦工程顧問股份有限公司、李森柟 (2003) ETABS 入門與工程上之應用、科技圖書、臺灣。簡文郁 (2014) 台北一、二、三區實測地震歷時篩選結果、國家地震工程研究中心。 C. Allin Cornell, Fatemeh Jalayer, Ronald O. Hamburger, and Douglas A. Foutch. Probabilistic Basis for 2000 SAC Federal Emergency Management Agency Steel Moment Frame Guidelines Computers and Structures, Inc. (2005) ETABS Integrated Building Design Software User's Guide, Berkeley, California, USA. FEMA 356 (2000) NEHRP Prestandard and Commentary For the Seismic Rehabilitation Of Buildings, Federal Emergency Management Agency Washington, D.C. Karthik Ramanathan., Reginald DesRoches., and Jamie E. Padgett. (2012) A comparison of pre- and post-seismic design considerations in moderate seismic zones through the fragility assessment of multispan bridge classes, Engineering Structures, 45, 559-573. Lin Bo-Zhou and Tsai Keh-Chyuan. (2007) PISA3D Standard Edition R2.0.2 User’s Manual, National Center for Research on Earthquake 30.

(43) Engineering, Taiwan. Yue Li and Bruce R. Ellingwood. (2007) Reliability of woodframe residential construction subjected to earthquakes, Structural Safety, 29,294-307. 31.

(44) 表 2.1.1 美國、日本及台灣鋼結構設計材料及焊接基準比較 (張等,2005) 美國. 日本. 台灣. 構件形式. 梁為 H 型鋼，柱以箱型柱為主，H 型梁柱均以 H 型鋼為輔。其中箱型與日本鋼構相同柱內橫隔板均需使鋼為主。用 EGW 或 ESW 高入熱量銲接。. 設計規範. AISC 為主，部分設計配合國內相關研究成果(箱型柱、梁柱接頭等) 修正。. AISC. AIJ. 材料規範. ASTM JIS CNS 如 A572、如 SM400、 (與 JIS 相同） A36、A992、 SM490、如 SM400、 A913 SN490B、SN490C SN490、SN490C. 銲接規範. 參考 AWS，AIJ 等國外規範，配合國內常用材質後修訂。. AWS. AIJ. 32.

(45) 表 2.1.2 SN 鋼材之材質規範(林,2010). 降伏強度(N/mm2) Symbol of. 伸長率(%) 抗拉強度. 厚度 t (mm). 厚度 t (mm). 2. (N/mm ). Grade 6≦t＜12. 12≦t＜16. 16. 16＜t≦40 40＜t≦100. SN400A. 235 min.. 235 min.. 235 min.. 235 min.. 215 min.. SN400B. 235 min.. 235~355. 235~355. 235~355. 215~335. 6≦t＜16 16＜t≦50 17 min.. 21 min.. 18 min.. 22 min.. 17 min.. 21 min.. 400~510 Not. Not. SN400C SN490B. applicable. applicable. 325 min.. 325~445. Not. Not. SN490C. 235~355. 235~355. 215~335. 325~445. 325~445. 295~415 490~610. 325~445 applicable. 325~445. applicable. 33. 295~415.

(46) 表 2.1.3 台北 101 大樓 SM570M 鋼鈑材質規格與說明 (張等,2005) 規格. 項目. 備註訂定狹強度範圍之目. 1.1 降伏強度(Fy)： 4200≦Fy≦5200Kgf/cm2 1.強度. 1.2 極限強度(Fu)： 5800≦Fu≦7300Kgf/cm2 2.1 降伏比：. 的在於掌握構件降伏時的載重，以確保接合設計可以符合耐震韌性的需求增訂降伏比上限，其. 箱型柱、H 柱(Fy/ Fu≦0.85). 目的在於確保鋼構件. 大樑、斜撐. 降伏時有較大區域的. (鈑厚≦40mm ,Fy/ Fu≦0.85). 消能範圍. 大樑、斜撐 (鈑厚＞40mm , Fy/ Fu≦0.8) 2.2 厚度方向斷面縮減率： 2.韌性. 鋼板並非完全等向性. 個別值≧15%、. 料。厚度方向的機械. 三個平均值≧25%. 性能普遍較軋沿方向及橫方向差。增訂(如 SN490C)斷面縮減率的目的在間接藉由厚度方向的延性試驗確保鋼板受面外應力時的強度與韌性需求。. 34.

(47) 表 2.1.3 台北 101 大樓 SM570M 鋼鈑材質規格與說明(續). 項目. 規格. 備註. 2.3 軋延方向衝擊吸收能：. 結構體因幾何形狀的. 鈑厚≧12mm，. 變化或瑕疵而形成應. 1/4 鈑厚位置≧47J (-5℃). 力集中的現象。訂定軋延方向衝擊吸收能. 鈑厚≧50mm，. 的目的在於以定量的. 增定 1/2 鈑厚位置≧27J(-5℃). 方式確保鋼材具有承受一定標準的面內應. 2.韌性. 力集中而不發生裂縫延伸的能力。另外增訂鈑厚≧50mm 時，其 1/2 鈑厚位置之衝擊吸收能，在補強一般規範僅要求 1/4 厚度規格的不足。. 35.

(48) 表 2.1.3 台北 101 大樓 SM570M 鋼鈑材質規格與說明(續). 項目. 規格. 備註. 3.1 碳當量：. 考慮銲接需求下的鋼. 鈑厚≦40mm，Ceq≦0.44﹪；. 板合金成分限制。. 鈑厚＞40mm，Ceq≦0.46﹪ 3.2 冷裂敏感係數：鈑厚≦40mm，Pcm≦0.26；鈑厚＞40mm，Pcm≦0.29. 3.3 超音波檢測：鈑厚≧13mm，符合補強取樣試驗的限制 JIS G0901Y 要求. 以確保鋼板的可靠度。. 3.其他. 3.4 銲道熱影響區熱性需達到母材規鋼板必須滿足結構施格，橫隔板 EGW 或 ESW 銲道熱影工時所使用的可能銲響區則至少達到 15J＠-5℃。. 接方法及其入熱下的機械性能需求，並基於結構性能需求與銲接特性而降低 EGW 或 ESW 高入熱銲接後的韌性需求。. 36.

(49) 表 3.2.1 鋼材之降伏強度與抗拉強度及伸長率. 降伏強度(N/mm2) 抗拉強度鋼材. 厚度 t (mm) (N/mm2) 6≦t<12 12≦t<16 16≦t≦40 40<t≦100. SN490B. 325. 325~445 325~445. 295~415. 490~610. 降伏強度(N/mm2) 抗拉強度鋼材. 厚度 t (mm) (N/mm2) t≦16. 16<t≦40 40<t≦75 75<t≦90. SM490B. 325. 315. 295. 295. 490~610. SM570. 460. 450. 430. 420. 570~720. 37.

(50) 表 3.2.1 鋼材之降伏強度與抗拉強度及伸長率(續). 伸長率鋼材. 厚度(mm) 試片規格. 衝擊值(J) (%). t≦5. No. 5. 22 min.. 5<t≦16. No. 1A. 17 min.. SM490B. SN490B. SM570. 試驗溫度. 16<t≦50. No. 1A. 21 min.. t>40. No. 4. 23 min.. 6<t≦16. No. 1A. 17 min.. 16<t≦50. No. 1A. 21 min.. 40<t≦100. No. 4. 23 min.. 6<t≦16. No. 5. 19 min.. 16<t. No. 5. 26 min.. 20<t. No. 4. 20 min.. 38. ( ∘C). 0. 27 以上. 0. 27 以上. -5. 47 以上.

(51) 表 3.2.2 案例建築物 40F-SN490B 之柱梁斷面尺寸. 樓層. 柱斷面尺寸. 樓層. 梁斷面尺寸. 39F-40F. BOX 600x600x25. 40F-RF BH 700x300x12x20. 36F-38F. BOX 600x600x25. 37F-39F BH 700x300x12x22. 33F-35F. BOX 600x600x25. 34F-36F BH 700x300x12x25. 30F-32F. BOX 650x650x28. 31F-33F BH 750x300x12x25. 27F-29F. BOX 700x700x32. 28F-30F BH 750x300x12x28. 24F-26F. BOX 800x800x36. 25F-27F BH 800x300x12x28. 21F-23F. BOX 800x800x40. 22F-24F BH 800x300x16x28. 18F-20F. BOX 900x900x45. 19F-21F BH 800x300x16x28. 15F-17F. BOX 950x950x50. 16F-18F BH 800x300x16x32. 12F-14F BOX 1000x1000x55 13F-15F BH 800x300x16x32 9F-11F BOX 1000x1000x65 10F-12F BH 800x300x19x32 6F-8F. BOX 1000x1000x70. 7F-9F. BH 800x350x22x32. 3F-5F. BOX 1100x1100x80. 4F-6F. BH 800x350x22x36. 1F-2F. BOX 1100x1100x80. 2F-3F. BH 850x400x22x36. 39.

(52) 表 3.2.3 案例建築物 40F-SM570 之柱梁斷面尺寸. 樓層. 柱斷面尺寸. 樓層. 梁斷面尺寸. 39F-40F BOX 600x600x28. 40F-RF BH 700x300x10x20. 36F-38F BOX 600x600x32. 37F-39F BH 700x300x16x20. 33F-35F BOX 700x700x32. 34F-36F BH 700x300x16x22. 30F-32F BOX 700x700x36. 31F-33F BH 750x300x16x22. 27F-29F BOX 800x800x36. 28F-30F BH 750x300x16x25. 24F-26F BOX 800x800x40. 25F-27F BH 750x300x19x25. 21F-23F BOX 900x900x40. 22F-24F BH 800x300x19x25. 18F-20F BOX 900x900x45. 19F-21F BH 800x300x19x28. 15F-17F BOX 1000x1000x45 16F-18F BH 800x300x19x28 12F-14F BOX 1000x1000x45 13F-15F BH 800x300x19x28 9F-11F BOX 1000x1000x55 10F-12F BH 800x300x22x28 6F-8F BOX 1000x1000x60. 7F-9F. BH 800x300x22x36. 3F-5F BOX 1000x1000x65. 4F-6F. BH 800x350x22x36. 1F-2F BOX 1000x1000x70. 2F-3F. BH 800x400x22x36. 40.

(53) 表 3.2.4 用鋼量分析與統計 (單位:ton). 鋼材 SN490B. SM570. SM490. 總用鋼量. 40F-SN490B. 2843. 0. 2203. 5046. 40F-SM570. 1284. 1393. 2233. 4909. 案例建築物. 表 3.3.2.1 案例建築物基層剪力係數. 40F-SN490B 40F-SN490B 40F-SM570 40F-SM570. 週期(sec). X向. Y向. X向. Y向. 3.8970. 3.8561. 4.0569. 4.0160. 1668. 1668. 1651. 1651. 0.0857. 0.0857. 0.0857. 0.0857. 基層剪力 (ton) 基層剪力係數避免中小度. 避免中小度避免中小度避免中小度. 地震降伏之. 地震降伏之地震降伏之地震降伏之. 設計地震力. 設計地震力設計地震力設計地震力. 備註控制設計. 控制設計. 41. 控制設計. 控制設計.

(54) 表 4.2.2.1 案例建築物考慮剛域後振動週期 (單位:秒). 40F-SN490B. 40F-SM570. Etabs PISA3D 誤差. Etabs. PISA3D. 誤差. T1. 3.8970 3.8396 1.47% 4.0569. 3.9930. 1.57%. T2. 3.8561 3.7887 1.75% 4.0160. 3.9412. 1.86%. T3. 2.8748 2.8628 0.42% 2.9795. 2.9646. 0.50%. 42.

(55) 表 4.3.2.1 案例建築物受震最大層間位移角θ. (a) Return Period = 475 years θ. 40F-SN490B 40F-SM570. Max. 2.57%. 2.32%. Min. 1.12%. 1.15%. Ave. 1.78%. 1.67%. Stdv. 0.52%. 0.40%. (b) Return Period = 2500 years θ. 40F-SN490B 40F-SM570. Max. 2.86%. 2.57%. Min. 1.44%. 1.47%. Ave. 2.22%. 2.04%. Stdv. 0.43%. 0.31%. 43.

(56) 表 4.3.3.1 案例建築物 40F-SN490B 受迴歸期 475 年地震作用下最大層間位移角與發生樓層. 地震紀錄. 最大層間位移角θ 最大層間位移角發生之樓層. TAP002-EW. 2.19%. 16F. TAP002-NS. 1.96%. 23F. TAP040-EW. 2.48%. 18F. TAP040-NS. 2.13%. 22F. TAP041-EW. 1.21%. 21F. TAP041-NS. 1.38%. 13F. TAP042-EW. 1.26%. 28F. TAP042-NS. 1.31%. 32F. TAP054-EW. 1.37%. 18F. TAP054-NS. 1.42%. 26F. TAP055-EW. 2.55%. 20F. TAP055-NS. 2.00%. 22F. TAP094-EW. 1.92%. 28F. TAP094-NS. 2.41%. 31F. 44.

(57) 表 4.3.3.2 案例建築物 40F-SN490B 受迴歸期 2500 年地震作用下最大層間位移角與發生樓層. 地震紀錄. 最大層間位移角θ 最大層間位移角發生之樓層. TAP002-EW. 2.52%. 15F. TAP002-NS. 2.11%. 23F. TAP040-EW. 2.58%. 19F. TAP040-NS. 2.22%. 23F. TAP041-EW. 1.56%. 21F. TAP041-NS. 2.06%. 12F. TAP042-EW. 1.42%. 26F. TAP042-NS. 2.11%. 31F. TAP054-EW. 2.02%. 20F. TAP054-NS. 1.88%. 17F. TAP055-EW. 2.66%. 21F. TAP055-NS. 2.20%. 25F. TAP094-EW. 2.62%. 28F. TAP094-NS. 2.99%. 30F. 45.

(58) 表 4.3.3.3 案例建築物 40F-SM570 受迴歸期 475 年地震作用下最大層間位移角與發生樓層. 地震紀錄. 最大層間位移角θ 最大層間位移角發生之樓層. TAP002-EW. 2.11%. 14F. TAP002-NS. 1.47%. 25F. TAP040-EW. 2.17%. 17F. TAP040-NS. 1.89%. 23F. TAP041-EW. 1.25%. 18F. TAP041-NS. 1.73%. 12F. TAP042-EW. 1.28%. 27F. TAP042-NS. 1.51%. 12F. TAP054-EW. 1.28%. 17F. TAP054-NS. 1.30%. 16F. TAP055-EW. 2.14%. 20F. TAP055-NS. 1.64%. 22F. TAP094-EW. 1.74%. 28F. TAP094-NS. 2.17%. 30F. 46.

(59) 表 4.3.3.4 案例建築物 40F-SM570 受迴歸期 2500 年地震作用下最大層間位移角與發生樓層. 地震紀錄. 最大層間位移角θ 最大層間位移角發生之樓層. TAP002-EW. 2.45%. 14F. TAP002-NS. 1.98%. 15F. TAP040-EW. 2.18%. 16F. TAP040-NS. 2.08%. 21F. TAP041-EW. 1.81%. 18F. TAP041-NS. 2.30%. 12F. TAP042-EW. 1.81%. 31F. TAP042-NS. 1.81%. 31F. TAP054-EW. 1.84%. 19F. TAP054-NS. 1.85%. 16F. TAP055-EW. 2.31%. 14F. TAP055-NS. 2.21%. 25F. TAP094-EW. 2.31%. 14F. TAP094-NS. 2.69%. 30F. 47.

(60) 表 4.3.3.1 迴歸分析結果. 案例建築物. a. b. β. θ∣S𝑎𝑎. 40F-SN490B 0.0313 0.4340 0.2046 40F-SM570. 0.0290 0.3789 0.1655. 48.

(61) 圖 2.2.2.1 結構物設計地震力、降伏地震力、極限地震力與韌性容量 R(內政部營建署,2011). 49.

(62) 圖 3.2.1 案例建築物上部結構平面圖(林,2014). 50.

(63) 樓層. 0.00 RF 37F 33F 29F 25F 21F 17F 13F 9F 5F 1F. 樓層單位重(tf/m2) 0.50 1.00 1.50. 2.00. 樓層. 圖 3.3.1.1 案例建築物 40F-SN490B 之垂直載重分佈. 0.00 RF 37F 33F 29F 25F 21F 17F 13F 9F 5F 1F. 樓層單位重(tf/m2) 0.50 1.00 1.50. 圖 3.3.1.2 案例建築物 40F-SM570 之垂直載重分佈. 51. 2.00.

(64) 第一模態(X 向) T= 3.8970 s. 第二模態(Y 向). 第三模態(Z 向). T= 3.8561 s. T= 2.8748 s. 圖 3.3.2.1 案例建築物 40F-SN490B 結構基本振動模態. 第一模態(X 向) T= 4.0569 s. 第二模態(Y 向). 第三模態(Z 向). T= 4.0160 s. T= 2.9795 s. 圖 3.3.2.2 案例建築物 40F-SN490B 結構基本振動模態. 52.

(65) 風力 (ton). 樓層. 0. 10. 20. 30. 40. RF 38F 35F 32F 29F 26F 23F 20F 17F 14F 11F 8F 5F 2F. 圖 3.3.3.1 案例建築物 40F-SN490B 順向風力(順風向: X 向). 風力 (ton). 樓層. 0. 20. 40. 60. 80. 100. RF 38F 35F 32F 29F 26F 23F 20F 17F 14F 11F 8F 5F 2F. 圖 3.3.3.2 案例建築物 40F-SN490B 橫向風力(順風向: X 向). 53.

(66) 扭矩 (ton-m). 樓層. 0. 50. 100. 150. 200. 250. RF 38F 35F 32F 29F 26F 23F 20F 17F 14F 11F 8F 5F 2F. 圖 3.3.3.3 案例建築物 40F-SN490B 扭矩(順風向: X 向). 風力 (ton). 樓層. 0. 10. 20. 30. 40. RF 38F 35F 32F 29F 26F 23F 20F 17F 14F 11F 8F 5F 2F. 圖 3.3.3.4 案例建築物 40F-SN490B 順向風力(順風向: Y 向). 54.

(67) 樓層. 0. 20. 風力 (ton) 40 60. 80. 100. RF 37F 33F 29F 25F 21F 17F 13F 9F 5F. 圖 3.3.3.5 案例建築物 40F-SN490B 橫向風力(順風向: Y 向). 樓層. 0. 50. 扭矩 (ton-m) 100 150. 200. 250. RF 37F 33F 29F 25F 21F 17F 13F 9F 5F. 圖 3.3.3.6 案例建築物 40F-SN490B 扭矩(順風向: Y 向). 55.

(68) 樓層. 0. 10. 風力 (ton) 20. 30. 40. RF 37F 33F 29F 25F 21F 17F 13F 9F 5F. 圖 3.3.3.7 案例建築物 40F-SM570 順向風力(順風向: X 向). 樓層. 0. 20. 風力 (ton) 40 60. 80. 100. RF 37F 33F 29F 25F 21F 17F 13F 9F 5F. 圖 3.3.3.8 案例建築物 40F-SM570 橫向風力(順風向: X 向). 56.

(69) 樓層. 0. 扭矩 (ton-m) 100 150. 50. 200. 250. RF 37F 33F 29F 25F 21F 17F 13F 9F 5F. 圖 3.3.3.9 案例建築物 40F-SM570 扭矩(順風向: X 向). 樓層. 0. 10. 風力 (ton) 20. 30. 40. RF 37F 33F 29F 25F 21F 17F 13F 9F 5F. 圖 3.3.3.10 案例建築物 40F-SM570 順向風力(順風向: Y 向). 57.

(70) 樓層. 0. 20. 風力 (ton) 40 60. 80. 100. RF 37F 33F 29F 25F 21F 17F 13F 9F 5F. 圖 3.3.3.11 案例建築物 40F-SM570 橫向風力(順風向: Y 向). 樓層. 0. 50. 扭矩 (ton-m) 100 150. 200. 250. RF 37F 33F 29F 25F 21F 17F 13F 9F 5F. 圖 3.3.3.12 案例建築物 40F-SM570 扭矩(順風向: Y 向). 58.

(71) 樓層. 0. 樓層構件最大應力比 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9. 1. RF 37F 33F 29F 25F 21F 17F 13F 9F 5F. 圖 3.4.3.1 案例建築物 40F-SN490B 梁構件最大應力比. 樓層. 0. 樓層構件最大應力比 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9. 40F 36F 32F 28F 24F 20F 16F 12F 8F 4F. 圖 3.4.3.2 案例建築物 40F-SN490B 柱構件最大應力比. 59. 1.

(72) 樓層. 0. 樓層構件最大應力比 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9. 1. RF 37F 33F 29F 25F 21F 17F 13F 9F 5F. 圖 3.4.3.3 案例建築物 40F-SM570 梁構件最大應力比. 樓層. 0. 樓層構件最大應力比 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9. 40F 36F 32F 28F 24F 20F 16F 12F 8F 4F. 圖 3.4.3.4 案例建築物 40F-SM570 柱構件最大應力比. 60. 1.

(73) 樓層. 0. 0.001. 層間位移角 0.002 0.003. 0.004. 0.005. RF 37F 33F 29F 25F 21F 17F 13F 9F 5F. 圖 3.4.3.5 案例建築物 40F-SN490B 層間位移角(X 向). 樓層. 0. 0.001. 層間位移角 0.002 0.003. 0.004. 0.005. RF 37F 33F 29F 25F 21F 17F 13F 9F 5F. 圖 3.4.3.6 案例建築物 40F-SN490B 層間位移角(Y 向). 61.

(74) 樓層. 0. 0.001. 層間位移角 0.002 0.003. 0.004. 0.005. RF 37F 33F 29F 25F 21F 17F 13F 9F 5F. 圖 3.4.3.7 案例建築物 40F-SM570 層間位移角(X 向). 樓層. 0. 0.001. 層間位移角 0.002 0.003. 0.004. 0.005. RF 37F 33F 29F 25F 21F 17F 13F 9F 5F. 圖 3.4.3.8 案例建築物 40F-SM570 層間位移角(Y 向). 62.

(75) 圖 4.2.1 案例建築物之 PISA3D 模型圖. 63.

(76) 圖 4.2.2 塑鉸模型. 圖 4.2.3 柱與梁之雙線性模型. 64.

(77) 圖 4.2.4 柱之軸力與彎矩互制作用模型. 65.

(78) 圖 4.2.3.1 地震紀錄 TAP002-EW 原始加速度歷時與放大後反應譜. 圖 4.2.3.2 地震紀錄 TAP002-NS 原始加速度歷時與放大後反應譜. 66.







(85) 3.0% 2.5%. θ. 2.0% 10/50 ground montion 2/50 ground montion. 1.5% 1.0% 0.5% 0.0% 0.00. 0.50 Sa (g). 1.00. 圖 4.3.3.1 案例建築物 40F-SN490B 層間位移角與地震譜加速度. 3.0% 2.5%. θ. 2.0% 10/50 ground montion 2/50 ground montion. 1.5% 1.0% 0.5% 0.0% 0.00. 0.50 Sa (g). 1.00. 圖 4.3.3.2 案例建築物 40F-SM570 層間位移角與與地震譜加速度. 73.

(86) 100% 80% 60% Pf. Life Safety 40% Collapse Prevention. 20% 0% 0. 1. 2. 3 Sa (g). 4. 5. 圖 4.3.4.1 案例建築物 40F-SN490B 之易損曲線. 100% 80% 60% Pf. Life Safety 40% Collapse Prevention. 20% 0% 0. 1. 2. 3 Sa (g). 4. 5. 圖 4.3.4.2 案例建築物 40F-SM570 之易損曲線. 74.

(87) 100% 80%. Pf. 60% 40F-SN490B. 40%. 40F-SM570 20% 0% 0. 1. 2. 3 Sa (g). 4. 5. 圖 4.3.4.3 案例建築物生命安全界限之易損曲線. 100% 80%. Pf. 60% 40F-SN490B. 40%. 40F-SM570 20% 0% 0. 1. 2. 3 Sa (g). 4. 5. 圖 4.3.4.4 案例建築物倒塌防止界限之易損曲線. 75.

(88)