高科技廠房結構系統之動態行為研究(I)

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

高科技廠房結構系統之動態行為研究(I)

計畫類別： 個別型計畫

計畫編號： NSC94-2211-E-011-022-

執行期間： 94 年 08 月 01 日至 95 年 07 月 31 日 執行單位： 國立臺灣科技大學營建工程系

計畫主持人： 陳希舜

計畫參與人員： 施俊揚、謝孝勇

報告類型： 精簡報告

處理方式： 本計畫可公開查詢

中 華 民 國 95 年 10 月 23 日

高科技廠房結構系統之動態行為研究

Investigation of the Dynamic Behavior of the High-Tech Fabrication Structural System

計 劃 主 持 人：陳希舜 國立臺灣科技大學 計劃參與人員：施俊揚 國立臺灣科技大學 謝孝勇 國立臺灣科技大學

一、中英文摘要

高科技廠房之功能需求與建築結構不同，除須考量地震可能引致之結構性破壞外，

對於附近之行車影響或機械所引致之振動亦需妥善控制。在上年度「高科技廠房結構系 統之動態行為研究(I)」計畫中，已建立土壤動態行為簡化分析模式。本計畫延續該研究 成果，建立高科技廠房動態分析之簡化模式，有效考量土壤結構互制行為，並同時進行 無因次頻率域參數分析與地震歷時分析。另外，簡化分析模式的結果亦和相關理論模式 及數值程式分析結果作一驗證。

關鍵字：高科技廠房、地震力、簡化模式、土壤結構互制

The performance requirement of a high-tech fabrication structure is quite different from that of a traditional building. In addition to the seismic load, which may cause a structural damage, the sensitive vibrations induced by the adjacent moving vehicles and operating machines need also be adequately controlled. In the previousproject“Investigation ofthe Dynamic Behavior of the High-Tech Fabrication Structural System (I)”, the simplified models to simulate the dynamic behavior of unbounded soil have been established. This project subsequently uses the previous research results to develop a dynamic simplified model for high-tech fabrication structure to effectively consider the soil-structure interaction behavior. A non-dimensional parametric analysis in frequency domain and a seismic analysis in time domain are also conducted in this project. Moreover, the responses of simplified analytical models are verified with theoretical solutions and the results of numerical computer programs.

Keywords: high-tech fabrication, seismic load, simplified models, soil-structure interaction

二、前言

台灣地窄人稠且地震活動相當頻繁，許多重要的民生設施都集中在這片土地 上。此外，在廠房林立的科學園區是國家經濟的動脈，倘若再經歷一次像 921 這樣具威 脅性的大地震，所造成的產業損失將是難以估計。為預防地震可能帶來的嚴重傷害，高

科技廠房結構系統勢必進行完善之耐震設計。然而，地震波由地表深處的岩層經過土壤 然後作用於建築結構系統上，根據相關研究顯示[1]土壤的性質會直接影響建築結構系統 的動態反應，相對的，土壤的動態反應也會因建築結構系統的存在而使得其動態反應受 到影響，此種土壤與結構互制效應亦為耐震設計裡重要的考慮因素之一。因此，若要準 確評估高科技廠房結構之耐震性能並進行振動控制時，土壤之影響必須納入分析中。

三、研究目的

高科技廠房之功能要求與傳統建築結構不同，高科技廠房除了要求結構之耐震能力 之外，對於廠房的振動量亦需加以控制，否則可能影響產品之良率。此外，高科技廠房 結構之動態反應亦深受土壤結構互制行為影響。然而，由於土壤結構互制分析往往無法 避免複雜的理論式與龐大的運算量，所以限制了實際工程應用上之便利性。在上年度計 畫[2]中，本研究團隊已建立模擬土壤動態行為之簡化模式。本計畫將延續先前研究成 果，將簡化模式應用於高科技廠房系統動態反應分析中，以有效考慮土壤結構互制效 應。系統反應分析將同時在頻率域和時間域上進行，而輸入外力擬包括水平簡諧波和實 際地震歷時。簡化分析模式的結果亦和相關理論模式或數值程式分析結果作一比較。另 外，本計畫也將探討廠房結構系統受水平地震作用下，考慮土壤結構互制效應與否對廠 房結構反應之影響。

四、文獻探討

高科技廠房結構整體系統之分析，可採整體結構法(Complete Method)[3]、部分結構 法(Substructure Method)

[3]或混合法(Hybrid Method) [4]。整體結構法主要特色在於同時

分析廠房與土壤之反應，因而需使用傳導邊界、黏滯邊界或邊界元素以模擬土壤無限域 特性。部分結構法特色在於以阻抗矩陣(impedance matrix)表示土壤之動態特性，將廠房 結構之動態勁度矩陣與阻抗矩陣疊加後，即可進行動態反應分析。另外，混合法主要是 利用系統識別方法求得阻抗矩陣以進行分析。不論是傳導邊界或是阻抗矩陣皆與外頻相 關，因此，上述這些方法大都在頻率域求解。然而，過去亦有大量的研究建立模擬土壤 動態行為之簡化模式，且模式參數和頻率無關，故簡化模式可以進一步地直接利用在結 構物時間域反應分析。

過去研究主要在於利用集合參數系統(lumped-parameter system)代表土壤之動態特 性，系統中所使用之參數即與頻率無關。過去相關研究主要始於 1966 年 Lysmer 與

Richart[5]利用單自由度系統模擬半無限空間土層之動態特性，而解得垂直簡諧力作於基 礎之振動反應。隨後，類似的概念也被 1969 年 Whitman[6]、1970 年 Richart 等人[7]、

1971 年 Newmark 與 Rosenbluth[8]及 1983 年 Gazetas[9]進一步延伸研究。1973 年 Meek 與 Veletsos[10]多增加一自由度於簡化模式中，成為以二自由度系統模擬基礎水平振動與 翻轉振動之動態反應。1983 年 Wolf 與 Somaini[11]及 1990 年 De Barros 與 Luco[12]同樣 利用二自由度系統簡化埋置基礎之動態行為。1990 年 Jean、Lin 與 Penzien[13]利用具有 三個自由度與 10 個參數之集合參數系統模擬剛性基礎之垂直、水平、翻轉與扭轉振動 行為。1991 年 Wolf 與 Paronesso[14]也以多自由度系統之簡化模式模擬表面或埋置基礎 與土壤之動態互制行為。1991 年 Wolf 所發展諧和集中參數模式[15, 16]、2001 年 Wu 與 Chen[17]所建立系統化之質量─彈簧─阻尼盤簡化模式及 2004 年 Wu 與 Lee[18]所建構 巢狀集中參數模式皆嘗試以多自由度系統模擬土壤與基礎之互制效應。

本研究團隊於 2005 年研究計畫成果中[2, 19]，針對剛性基礎受垂直、扭轉、水平與 翻轉振動下之土壤行為，建立新型簡化模式，而模式參數可經由較有效率方法而取得，

不需採用複雜的最佳化計算技術。此外，新型模式亦可考慮基礎水平與翻轉運動耦合效 應。因此，本計畫將利用已發展新型簡化模式模擬土壤行為以進行高科技廠房系統動態 反應分析。

五、研究方法

本計畫先探討高科技廠房系統受單位水平簡諧波之頻率域反應，並進行無因次參數 分析，隨後，將進一步探討廠房結構系統承受實際水平地震之動態反應。以下將介紹本 研究所採用之研究方法。

5.1 頻率域反應分析法

本研究計畫首先探討一多層廠房結構系統受水平簡諧波之動態反應，並採用三種分 析模式：實際土壤結構系統、簡化土壤結構系統與固端結構系統。實際土壤結構系統乃 以半無限空間模擬土層，而簡化土壤結構系統即以先前研究計畫所開發之新型簡化模式 模擬土層，如圖一所示。新型簡化模式乃以八個參數來模擬土壤與結構互制的行為，亦 即水平向勁度 K

_ex

、抗翻轉勁度 K

_e

、水平向阻尼 C

_ex

、抗翻轉阻尼 C

_e

、水平向質量 M

_ex

、 抗翻轉質量 M

_e

和兩垂直向偏心距 e

₁

、e

₂

。另外，固端結構系統乃假設廠房結構為座落 於剛性岩盤上，亦即不考慮土壤結構互制效應。

本計畫針對所考慮之廠房結構系統，利用上部結構與整體結構系統水平向的動力平 衡以及整體結構系統翻轉方向的動力平衡，以此三個條件建立三個動力平衡方程式。若 分析模式涵蓋下列基本理論假設：(1)理想化剪力樑結構、(2)忽略梁柱桿件之軸向變形、

(3)剛性基礎、(4)上部結構物採用雷利阻尼（Rayleigh Damping）機制、(5)集中質量模式，

則系統運動方程式可整理成：

  M U     r  ^ C U    r         K U r  M ¹ U   b  M h     _  ⁰

(1)

 

¹

^{T M U}  

^

^r

^

^{M U T}

^

^b

^{  }

^{D T}

^

^{ Q xs}

^{0 (2)}

  h ^T M U  



^r



D U ^T



^b

  

I ^T



β _ M os

⁰ (3)

式(1)~(3)中，[M]、[C]、[K]分別表示為上部結構的質量、阻尼以及勁度矩陣，M

_T

為上 部結構與基礎的質量總和，D

T

為上部結構質量與基礎質量對基礎底部的一次矩總和，I

T

為上部結構與基礎對基礎底部的慣性矩，U

r

、U

b

、



分別為樓層相對位移、基礎底部位 移、與基礎底部旋轉角，h 為基礎底部至樓層的間距，Q

xs

、M

os

為基礎與土壤交界面的 互制剪力與翻轉力矩。

將式(1)~(3)做傅利葉轉換後，可進一步整理得基礎振動反應轉換函數 u

b

/u

f

和

R 

/u

f

，如下式：

1 b

f h hr sx x sx x x

sx x s

rh r

f

u

u s s k s k s ST

k s k s ST

R s s

u

 

    

 



 

     

 

     

    

 

 

 

(4)

上式中：u

b

為基礎水平位移振幅，



為基礎旋轉角振幅，u

f

為輸入水平簡諧波振幅，R 為基礎特徵長度，k

sx

、k

s

、k

sx

為水平向、翻轉向與耦合向靜態基礎勁度係數，s

x

、s



、

s x

為水平向、翻轉向與耦合向動態基礎勁度係數，s

h

、s

r

、s

hr

為水平向、翻轉向與耦合 向無因次動態勁度係數[20]，ST

x

和 ST



為水平向和翻轉向散射轉換函數。

同理，也可整理得樓層相對位移轉換函數 u

rj

/u

f

，如下式：

 ¹ 0 ²   1 0 ²  

rj b

f f f

u u R

s a b a b l

u u u

 

    

     

   

   

   

(5)

上式中：u

_rj

為第 j 樓層水平相對位移振幅，[s]為無因次動態系統勁度矩陣，[b]為無因次 系統質量矩陣，a

0

為無因次頻率係數，{1}為單位向量，{}為樓層高度比向量。相關無

因次系統矩陣與向量之計算可參考文獻[20]。最後，廠房結構系統之總樓層水平位移轉 換函數 u

_j

/u

_f

則為

j rj b

j

f f f f

u u u R

u u u u

 

   (6)

上式中之 u

j

為第 j 樓層水平位移振幅。本計畫即採用式(6)計算廠房結構系統受水平簡諧 波作用下之動態反應。

5.2 時間域反應分析法

本計畫亦探討高科技廠房系統受實際水平地震作用下之歷時反應，而分析模式也分 為實際土壤結構系統、簡化土壤結構系統、固端結構系統。實際土壤結構系統反應主要 以 SASSI 程式[21]分析計算之，另外，簡化土壤結構系統和固端結構系統之反應則採用

SAP2000 程式[22]進行分析，以有效驗證新型簡化分析模式於時間域分析上之適用性。

六、結果與討論

本研究計畫之研究成果分為兩部份：一、簡化土壤結構系統模擬真實結構系統於頻 率域與時間域上的適切性；二、考慮互制效應與未考慮互制效應的情況下建築結構系統 動態反應的差異性。另外，本研究所分析的建築系統樓層數分別為為三樓與八樓廠房結 構系統，如圖二所示。

6.1 簡化土壤結構系統模擬真實結構系統的適切性

簡化土壤結構系統模擬真實結構構系統的適切性經由頻率域與時間域上驗證的結 果得知，在頻率域反應分析時，典型廠房結構系統受水平簡諧波作用下，簡化系統和實 際系統之頂層位移反應轉換函數相當一致，如圖三所示。若改變土壤卜松比、基礎埋入 比（基礎埋入深度與基礎特徵長度之比值）、樓層間距比（樓層間距與基礎特徵長度之 比值）、樓層勁度比（樓層側向勁度與基礎靜態水平勁度之比值）等四項重要參數時，

二系統所分析之反應也相當吻合，如圖四與圖五所示。另外，在時間域反應分析上，採 用九二一大地震之南投地區國姓國小 TCU072 測站(N-S，PGA=0.4g)和新竹地區峨嵋國 小 TCU095 測站(E-W，PGA=0.379g)之兩組水平向歷時紀錄作為輸入地震，如圖六所示。

分析結果顯示，典型三層與八層廠房結構系統受該兩組水平地震作用下，實際土壤結構 系統與簡化土壤結構系統於頂層加速度歷時與樓層反應譜之反應相當一致，如圖七至圖

十所示。

6.2 考慮互制效應與否對建築結構系統動態反應的差異性

對於有考慮互制效應之實際土壤結構系統與未考慮互制效應之固端結構系統，本研 究利用參數分析方式探討該兩系統動態反應之差異性，參數分析結果可詳見文獻[23]，

以下則簡述該研究之主要發現：

(1) 對於不同之柏松比(ν)，三層樓與八層樓之樓層振動反應或者是基礎底部的翻轉反應 不會造成太大的改變，故土壤柏松比對於結構系統反應並不會造成太大影響。

(2) 對於不同的埋入比(T)，結構系統反應會隨著基礎埋入深度增加結構物反應降低，因 埋入深度土壤的束制作用越大使得系統反應降低。

(3) 當樓層間距比(l

b

)越大時則結構系統反應會越大，樓層的反應會隨著樓層間距比增大 而提高，主要因素是樓層間距比越大則結構系統之基礎旋轉角亦隨著增加，因而放 大廠房樓層之動態反應。

(4) 當樓層勁度比(r

sx

)很小時，代表著結構系統如同座落在岩層一樣，即實際土壤結構系 統、簡化土壤結構系統分析所得之動態放大因子與無因次頻率的圖形關係應相似於 固端結構系統分析所得之結果，反之，當樓層勁度比很大時，意味著結構系統如同 座落在軟弱的土壤一樣，大部分的地震能量由柔軟土壤所吸收，分析所得之樓層水 平位移轉換函數與無因次頻率的關係，其尖峰反應值漸漸趨緩。另外，本計畫亦發 現若土壤勁度比上部結構勁度大約超過 100 倍時，實際土壤結構系統與簡化土壤結 構系統的反應相近，反之，若小於約 100 倍時則結構設計需考慮土壤的互制效應以 符合真實情況。

(5) 廠房結構系統承受實際地震記錄之分析結果中，樓層反應譜於低自然頻率內，考慮 土壤結構互制之反應高於不考慮互制效應者，如圖七至圖十所示。因此，若採用固 端結構系統之樓層反應譜對建築設備做耐震設計時，對於長週期構造物(如管線 等)，可能屬於偏不安全的設計，故在該情形下就必須適切考量土壤結構互制效應。

七、計畫成果自評

本計畫於經費短缺之情況下，仍於一年期程有效探討土壤結構簡化模擬系統於頻率 域與時間域分析之適切性，並評估土壤結構互制效應對高科技廠房結構系統動態反應之 影響。研究成果符合原計畫之預期，部分研究結果已撰寫為國外知名期刊並獲接受，與 國際級研究成果比較亦十分吻合，本計畫主持人並將於持續計畫中有效進行後續之研究 工作，亦有信心能有更建設性之成果。

八、參考文獻

1. 陳希舜，「土壤與結構之動態互制分析」，結構工程，第四卷，第一期，第 23-29 頁，

民國七十八年三月。

2. 陳希舜、徐偉朝、侯志剛、施俊揚，「高科技廠房結構系統之動態行為研究(I)」， 國 科會補助專題研究計畫，民國 94 年。

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8. Newmark , N. M . and Rosenblueth, E. , Fundamental of Earthquake Engineering , Prentice-Hall, Inc., U.S.A, 1971.

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15. Wolf, J. P., “Consistent lumped-parameter models for unbounded soil: physical representation”,EarthquakeEngineering & StructuralDynamics, Vol. 20, No. 1, page 11-32, 1991.

16. Wolf, J. P., “Consistent lumped-parameter models for unbounded soil:

frequency-independentstiffness,damping and massmatrices”,EarthquakeEngineering

& Structural Dynamics, Vol. 20, No. 1, page 33-41, 1991.

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18. Wu,W.H.and Lee,W.H.,“Nested lumped-parameter models for foundation vibrations”, Earthquake Engineering & Structural Dynamics, Vol. 33, page 1051-1058, 2004.

19. Chen, S. S. and Shi, J. Y. (2006). “Simplified Model for Vertical Vibrations of Surface Foundations,” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol.

132, No. 5, pp. 651–655.

20. 施俊揚，「動態土壤結構互制系統簡化分析模式」，國立臺灣科技大學營建所博士學 位論文，民國九十五年。

21. Lysmer,J.,Tabatabaie,M.,Tajirian F.,Vahdani,S.,and Ostadan,F.,“SASSI- A System for Analysis of Soil-StructureInteraction,”ReportNo.UCB/GT/81-02, University of California, Berkeley, 1981.

22. Wilson, E.L., and Habibullah, A., SAP2000 Nonlinear V.8 –Integrated software for

structural analysis and design (CD-ROM), Computer and Structures, Inc., Berkeley,

California (2002).

23. 謝孝勇，「建築結構系統水平受震簡化分析」，國立臺灣科技大學營建所碩士學位論 文，民國九十五年。

Foundation

Soil

1 , 1

M I

2 , 2

M I

N , N

M I

U 1

U 2

U N

U 0

 

Foundation

1 , 1

M I

f , f

M I

2 , 2

M I

N , N

M I

U 1

U 2

U N

 

C ex

K ex M ^ex

e 1

e 2

M e _

K e _ C _{e }

S im p li fe d m o d e l

h b

h b

h b

h f

(a) (b)

( ,   , V _s )

f , f

M I U f

U b

U 0

 b

圖一 廠房結構系統之分析模式：(a)實際土壤結構系統、(b)簡化土壤結構系統.

Foundation

U 3

U 1

U 2

U f

U b

Seismic wave Φ β

Foundation

U 3

U 1

U 2

U f

U b

Seismic wave Φ β

U 4

U 5

U 6

U 7

U 8

(a) (b)

圖二 廠房結構系統：(a) 標準三層廠房結構、(b) 標準八層廠房結構

Dimensionless frequency, a

₀

=ωR/ V

_s

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

M ag n if ic at io n fa ct o r, M

x3

= |u

3

/u

f

|

0 2 4 6 8 10 12 14

Simplified Soil-Structure System Fixed-Base Model

Typical parameters ( =0.25, T=0.5, b

_x

=2.5, b

_s

=1, r

_sx

=0.5,

_b

=0.5,

=5%)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

0 2 4 6 8 10 12 14

Real Soil-Structure System

Typical parameters ( =0.25, T=0.5, b

_x

=2.5, b

_s

=1, r

_sx

=0.5,

_b

=0.5,

=5%)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

0.1 1 10 100

Real Soil-Structure System

Dimensionless frequency, a

₀

=ωR/ V

_s

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

M ag n if ic at io n fa ct o r, M

x8

= |u

8

/u

f

|

0.1 1 10 100

Simplified Soil-Structure System Fixed-Base Model

圖三 典型廠房結構系統之頂層位移轉換函數：(a) 三層廠房結構、(b) 八層廠房結構

Dimensionless frequency, a

₀

=ωR/ V

_s

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

M ag n if ic at io n fa ct o r, M

x3

= |u

3

/u

f

|

0 2 4 6 8 10 12 14

Simplified Soil-Structure System Fixed-Base Model

variation on =0.33 ( =0.33, T=0.5, b

_x

=2.5, b

_s

=1, r

_sx

=0.5,

b

=0.5,

=5%)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

0 2 4 6 8 10 12 14

Real Soil-Structure System

Dimensionless frequency, a

₀

=ωR/ V

s

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

M a g n if ic at io n fa c to r, M

x3

= |u

3

/u

f

|

0 2 4 6 8 10 12 14

Simplified Soil-Structure System Fixed-Base Model

variation on T=0.33 ( =0.25, T=0.33, b

x

=2.5, b

_s

=1, r

_sx

=0.5,

_b

=0.5,=5%)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

0 2 4 6 8 10 12 14

Real Soil-Structure System

Dimensionless frequency, a

₀

=ωR/ V

_s

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

M a g n if ic at io n fa ct o r, M

x3

= |u

3

/u

f

|

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Simplified Soil-Structure System Fixed-Base Model

variation on l

_b

=0.1 ( =0.25, T=0.5, b

_x

=2.5, b

_s

=1, r

_sx

=0.5,

_b

=0.1,=5%)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Real Soil-Structure System

Dimensionless frequency, a

₀

=ωR/ V

_s

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

M ag n if ic at io n fa ct o r, M

x3

= |u

3

/u

f

|

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Simplified Soil-Structure System Fixed-Base Model

variation on r

_sx

=1 ( =0.25, T=0.5, b

_x

=2.5, b

_s

=1, r

_sx

=1,

b

=0.5,

=5%)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Real Soil-Structure System

圖四 三層簡化結構系統與真實結構系統於頂層位移轉換函數之驗證：(a) 改變土壤卜松 比、(b) 改變基礎埋入比、(c) 改變樓層間距比、(d) 改變樓層勁度比。

(a) (b)

(a) (b)

(c) (d)

variation on =0.33 ( =0.33, T=0.5, b

_x

=2.5, b

_s

=1, r

_sx

=0.5,

_b

=0.5,

=5%)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

0.1 1 10 100

Real Soil-Structure System

Dimensionless frequency, a

₀

=ωR/ V

_s

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

M ag n if ic at io n fa ct o r, M

x8

= |u

8

/u

f

|

0.1 1 10 100

Simplified Soil-Structure System Fixed-Base Model

variation on T=0.33 ( =0.25, T=0.33, b

_x

=2.5, b

_s

=1, r

_sx

=0.5,

_b

=0.5,

=5%)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

0.1 1 10 100

Real Soil-Structure System

Dimensionless frequency, a

₀

=ωR/ V

_s

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

M ag n if ic at io n fa ct o r, M

x8

= |u

8

/u

f

|

0.1 1 10 100

Simplified Soil-Structure System Fixed-Base Model

variation on l

_b

=0.1 ( =0.25, T=0.5, b

_x

=2.5, b

_s

=1, r

_sx

=0.5,

_b

=0.1,=5%)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

0.1 1 10 100

Real Soil-Structure System

Dimensionless frequency, a

₀

=ωR/ V

_s

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

M ag n if ic at io n fa ct o r, M

x8

= |u

8

/u

f

|

0.1 1 10 100

Simplified Soil-Structure System Fixed-Base Model

variation on r

_sx

=1 ( =0.25, T=0.5, b

x

=2.5, b

_s

=1, r

_sx

=1,

_b

=0.5,=5%)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

0.1 1 10 100

Real Soil-Structure System

Dimensionless frequency, a

₀

=ωR/ V

_s

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

M a g n if ic at io n fa ct o r, M

x8

= |u

8

/u

f

|

0.1 1 10 100

Simplified Soil-Structure System Fixed-Base Model

圖五 八層簡化結構系統與真實結構系統於頂層位移轉換函數之驗證：(a) 改變土壤卜松 比、(b) 改變基礎埋入比、(c) 改變樓層間距比、(d) 改變樓層勁度比。

圖六 輸入地震記錄：(a) 國姓國小之水平加速度歷時、(b)峨嵋國小之水平加速度歷時。

(a) (b)

(c) (d)

國姓國小

Natural Frequency

0.1 1 10 100

A b s o lu te A c c e le ra ti o n

-5 0 5 10 15

Real Soil-Structure System(SASSI) Simplified Soil-Structure System(SAP) Fixed-Base Modele(SAP)

圖七 典型三層廠房結構之頂樓加速度歷與絕對加速度反應譜 (國姓國小地震測站記錄)

國姓國小

Natural Frequency

0.1 1 10 100

A b s o lu te A c c e le ra ti o n

-10 0 10 20 30 40

Real Soil-Structure System(SASSI) Simplified Soil-Structure System(SAP) Fixed-Base Modele(SAP)

圖八 典型八層廠房之頂樓加速度歷與絕對加速度反應譜 (國姓國小地震測站記錄)

峨嵋國小

Natural Frequency

0.1 1 10 100

A b s o lu te A c c e le ra ti o n

-5 0 5 10 15 20

Real Soil-Structure System(SASSI) Simplified Soil-Structure System(SAP) Fixed-Base Modele(SAP)

圖九 典型三層廠房結構之頂樓加速度歷與絕對加速度反應譜 (峨嵋國小地震測站記錄)

峨嵋國小

Natural Frequency

0.1 1 10 100

A b s o lu te A c c e le ra ti o n

-5 0 5 10 15

Real Soil-Structure System(SASSI) Simplified Soil-Structure System(SAP) Fixed-Base Modele(SAP)

圖十 典型八層廠房結構之頂樓加速度歷與絕對加速度反應譜 (峨嵋國小地震測站記錄)

可供推廣之研發成果資料表

□ 可申請專利 □ 可技術移轉 日期：95年7月31日

國科會補助計畫

計畫名稱：高科技廠房結構系統之動態行為研究 計畫主持人：陳希舜

計畫編號：NSC 94－2211－E－011－022 學門領域：EN

技術/創作名稱

廠房結構系統之動態分析

發明人/創作人

^陳希舜

技術說明

本計畫利用先前所發展簡單系統模擬土壤動態行為，建立高 科技廠房動態分析之簡化模式，以有效考量土壤結構互制行 為，並同時進行無因次頻率域參數分析與地震歷時分析。

可利用之產業 及

可開發之產品

研究成果可用於建築結構或廠房結構，並可有效分析廠房- 土壤動態互制反應。

技術特點

可用一簡單系統模擬土壤動態行為，並可應用於一般建築結 構系統之土壤結構互制效應分析上。

推廣及運用的價值

因目前廠房-土壤系統之完整分析需耗大量時間，簡化模式之 建立，可有效模擬土壤行為，節省分析時間。