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高強度鋼筋混凝土應用在超高樓層 建築物之耐震性能探討 高強度鋼筋混凝土應用在超高樓層 建築物之耐震性能探討 內政部建築研究所研究報告 內政部建築研究所研究報告 中華民國中華民國 100 年年 12 月月 （（本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見） ） 高強度鋼筋混凝土應用在超高樓層 建築物之耐震性能探討 高強度鋼筋混凝土應用在超高樓層 建築物之耐震性能探討 研究主持人鄭元良 協同主持人宋裕祺 研 究 員 廖慧明、邱昌平、蔡江洋、陶其駿 內政部建築研究所研究報告 內政部建築研究所研究報告 中華民國中華民國 100 年年 12 月月 （（本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見） ） 目次 目次目次 目次目次 ...............................................................................................................................I 表次表次 ..............................................................................................................................V 圖次圖次 ...........................................................................................................................VII 摘要摘要 ..........................................................................................................................XVI 第一章第一章 緒論緒論.................................................................................................................1 第一節第一節 研究緣起與背景研究緣起與背景.......................................................................................1 第二節第二節 研究目的與方法研究目的與方法.......................................................................................3 第三節第三節 高強度混凝土之發展高強度混凝土之發展...............................................................................5 第四節第四節 文獻蒐集與分析文獻蒐集與分析.......................................................................................7 一、日本相關文獻一、日本相關文獻........................................................................................7 二、台灣相關文獻二、台灣相關文獻......................................................................................12 第二章第二章 高強度鋼筋混凝土構件非線性行為之探討高強度鋼筋混凝土構件非線性行為之探討 ..............................................15 第一節第一節 高強度混凝土組成律探討高強度混凝土組成律探討.....................................................................15 一、一、Muguruma 高強度混凝土組成律高強度混凝土組成律.....................................................16 二、二、NewRC 高強度混凝土組成律高強度混凝土組成律...........................................................20 第二節第二節 構件撓曲行為構件撓曲行為.........................................................................................22 一、彎矩一、彎矩-曲率關係曲率關係....................................................................................22 二、彎矩二、彎矩-轉角關係轉角關係....................................................................................23 第三節第三節 構件剪力行為構件剪力行為.........................................................................................25 第四節第四節 構件塑鉸設定構件塑鉸設定.........................................................................................32 一、鋼筋混凝土柱破壞模式之判別一、鋼筋混凝土柱破壞模式之判別 .........................................................32 二、構件在軸力變化下之塑鉸設定二、構件在軸力變化下之塑鉸設定 .........................................................33 第五節第五節 高強度鋼筋混凝土單柱容量曲線之案例分析與驗證高強度鋼筋混凝土單柱容量曲線之案例分析與驗證 ........................34 一、高強度鋼筋混凝土單柱塑鉸與單柱容量曲線之分析與比較一、高強度鋼筋混凝土單柱塑鉸與單柱容量曲線之分析與比較 .........35 二、高強度鋼筋混凝土組成律與剪力強度適用性探討二、高強度鋼筋混凝土組成律與剪力強度適用性探討 .........................73 第六節第六節 高強度鋼筋混凝土實驗資料與土木高強度鋼筋混凝土實驗資料與土木 401-96 理論分析比較及探討理論分析比較及探討...75 第三章第三章 以結構性能為基準之高強度鋼筋混凝土建築物耐震能力評估以結構性能為基準之高強度鋼筋混凝土建築物耐震能力評估 ..............81 第一節第一節 改良式耐震能力評估法改良式耐震能力評估法.........................................................................81 第二節第二節 耐震性能評估流程耐震性能評估流程.................................................................................84 第三節第三節 耐震性能是否合格之判別耐震性能是否合格之判別.....................................................................86 第四章第四章 高強度鋼筋混凝土建築物耐震能力評估檢核系統介紹高強度鋼筋混凝土建築物耐震能力評估檢核系統介紹 ..........................87 第一節第一節 輔助分析系統之設計目標輔助分析系統之設計目標.....................................................................87 一、基本分析功能一、基本分析功能......................................................................................87 二、自動化功能二、自動化功能..........................................................................................87 三、管理功能三、管理功能..............................................................................................88 第二節第二節 輔助分析系統分析輔助分析系統分析.................................................................................89 I 一、決定輔助分析系統之分析流程一、決定輔助分析系統之分析流程 .........................................................89 二、設計分析流程中資料的檔案格式二、設計分析流程中資料的檔案格式 .....................................................89 三、視窗作業模式分析三、視窗作業模式分析..............................................................................90 四、其他功能需求分析四、其他功能需求分析..............................................................................90 第三節第三節 輔助分析系統設計輔助分析系統設計.................................................................................92 第四節第四節 輔助分析系統實作輔助分析系統實作.................................................................................94 第五章第五章 超高層建築物結構耐震性能評估及探討案例超高層建築物結構耐震性能評估及探討案例 ..........................................99 第一節第一節 結構模型建立與側推分析結構模型建立與側推分析...................................................................101 一、建築物案例介紹一、建築物案例介紹................................................................................101 二、結構資料諸元二、結構資料諸元....................................................................................103 三、整體結構模型建立與側推分析三、整體結構模型建立與側推分析 .......................................................104 四、超高層建築物側推分析結果四、超高層建築物側推分析結果 ...........................................................107 五、側推分析結果檢核五、側推分析結果檢核............................................................................112 六、側推分析結果探討六、側推分析結果探討............................................................................120 第二節第二節 Stick Model 建立與非線性動力分析建立與非線性動力分析.................................................121 一、建立一、建立 Stick Model..............................................................................121 二、非線性動力歷時分析設定二、非線性動力歷時分析設定 ...............................................................124 三、非線性動力歷時分析結果檢核三、非線性動力歷時分析結果檢核 .......................................................126 四、非線性動力歷時分析結果探討四、非線性動力歷時分析結果探討 .......................................................129 第六章第六章 結論與建議結論與建議.................................................................................................125 第一節第一節 結論結論.......................................................................................................125 一、以一般鋼筋混凝土理論無法精確計算高強度鋼筋混凝土構件強度一、以一般鋼筋混凝土理論無法精確計算高強度鋼筋混凝土構件強度 ............................................................................................................131 二 、 高強度鋼筋混凝土構件撓曲行為以二 、 高強度鋼筋混凝土構件撓曲行為以 New RC Model 所定義之混凝土 組成律可獲得較佳之分析結果 所定義之混凝土 組成律可獲得較佳之分析結果 .......................................................132 三 、高強度鋼筋混凝土構件剪力行為以青山博之所建議之計算式可獲得 較佳之分析結果 三 、高強度鋼筋混凝土構件剪力行為以青山博之所建議之計算式可獲得 較佳之分析結果................................................................................132 四 、高強度鋼筋混凝土構件非線性行為－塑鉸設定為耐震性能檢核所必 需 四 、高強度鋼筋混凝土構件非線性行為－塑鉸設定為耐震性能檢核所必 需........................................................................................................133 五、五、SERCB for New RC 分析系統之開發有助於結構工程師從事高強度 鋼筋混凝土建築物耐震性能設計與檢核 分析系統之開發有助於結構工程師從事高強度 鋼筋混凝土建築物耐震性能設計與檢核 .......................................133 六 、建構高強度鋼筋混凝土超高層建築物側推分析與非線性動力歷時分 析之方法與流程， 有助於結構工程師了解高強度鋼筋混凝土建築物 耐震性能設計與分析要項 六 、建構高強度鋼筋混凝土超高層建築物側推分析與非線性動力歷時分 析之方法與流程， 有助於結構工程師了解高強度鋼筋混凝土建築物 耐震性能設計與分析要項................................................................134 第二節第二節 建議建議.......................................................................................................136 建議一建議一........................................................................................................136 建議二建議二........................................................................................................136 建議三建議三........................................................................................................136 II 目次 III 附錄附錄一一 期初簡報專家審查意見與答覆期初簡報專家審查意見與答覆...............................................................139 附錄附錄二二 期中簡報專家審查意見與答覆期中簡報專家審查意見與答覆...............................................................143 附錄附錄三三 期末簡報專家審查意見與答覆期末簡報專家審查意見與答覆...............................................................147 參考書目參考書目....................................................................................................................151 IV 表次 表次表次 表表 2-1 Komuro 反覆載重單柱試體詳細資料反覆載重單柱試體詳細資料 1........................................................37 表表 2-2 Komuro 反覆載重單柱試體詳細資料反覆載重單柱試體詳細資料 2........................................................38 表表 2-3 Muguruma 反覆載重單柱試體詳細資料反覆載重單柱試體詳細資料......................................................49 表表 2-4 Izumi 反覆載重單柱試體詳細資料反覆載重單柱試體詳細資料 1............................................................56 表表 2-5 Izumi 反覆載重單柱試體詳細資料反覆載重單柱試體詳細資料 2............................................................57 表表 2-6 Kumagai 反覆載重單柱試體詳細資料反覆載重單柱試體詳細資料 .........................................................68 表表 2-7 日本日本 Komuro 研究團隊試體與土木研究團隊試體與土木 401-96 理論分析比較表理論分析比較表 ....................76 表表 2-8 日本日本 Muguruma 研究團隊試體與土木研究團隊試體與土木 401-96 理論分析比較表理論分析比較表...............77 表表 2-9 日本日本 Izumi 研究團隊試體與土木研究團隊試體與土木 401-96 理論分析比較表理論分析比較表.........................78 表表 2-10 日本日本 Kumagai 研究團隊試體與土木研究團隊試體與土木 401-96 理論分析比較表理論分析比較表.................79 表表 3-1 一般工址地表加速度計算公式一般工址地表加速度計算公式......................................................................82 表表 3-2 台北盆地地表加速度計算公式台北盆地地表加速度計算公式......................................................................82 表表 3-3 建築物檢核項目建築物檢核項目..............................................................................................86 V VI 圖次 圖次圖次 圖圖 1-1 日本混凝土與鋼筋強度發展過程日本混凝土與鋼筋強度發展過程....................................................................6 圖圖 1-2 日本建築物使用斷面發展過程日本建築物使用斷面發展過程........................................................................6 圖圖 1-3 六車熙高強度混凝土組成律示意圖六車熙高強度混凝土組成律示意圖................................................................8 圖圖 1-4 六車熙高強度混凝土組成律與圓形柱抗壓試驗比對六車熙高強度混凝土組成律與圓形柱抗壓試驗比對....................................8 圖圖 1-5 六車熙高強度混凝土組成律與矩形柱抗壓試驗比對六車熙高強度混凝土組成律與矩形柱抗壓試驗比對....................................8 圖圖 1-6 崎野崎野-孫高強度混凝土組成律示意圖孫高強度混凝土組成律示意圖...............................................................9 圖圖 1-7 崎野崎野-孫高強度混凝土組成律與抗壓試驗比較孫高強度混凝土組成律與抗壓試驗比較...............................................9 圖圖 1-8 和泉和泉 信之等人施作之高強度鋼筋混凝土試體圖信之等人施作之高強度鋼筋混凝土試體圖........................................10 圖圖 1-9 小室小室 努等人施作試體所採用之材料應力努等人施作試體所採用之材料應力-應變關係應變關係...................................11 圖圖 1-10 小室小室 努等人所施作之試體實驗結果與分析比對努等人所施作之試體實驗結果與分析比對......................................12 圖圖 2-1 實驗實驗實線實線與計算與計算虛線虛線之應力之應力-應變曲線比較應變曲線比較 ...........................................16 圖圖 2-2 高強度混凝土組成律高強度混凝土組成律-Muguruma Model .....................................................16 圖圖 2-3 混凝土有效圍束示意圖混凝土有效圍束示意圖..................................................................................19 圖圖 2-4 高強度混凝土組成律高強度混凝土組成律-NewRC Model............................................................20 圖圖 2-6 混凝土剪力強度轉角關係圖混凝土剪力強度轉角關係圖.........................................................................25 圖圖 2-7 混凝土柱剪力強度轉角轉換至彎矩轉角關係圖混凝土柱剪力強度轉角轉換至彎矩轉角關係圖........................................26 圖圖 2-8 梁柱斷面資訊示意圖梁柱斷面資訊示意圖......................................................................................29 圖圖 2-9 構材之淨長示意圖構材之淨長示意圖..........................................................................................29 圖圖 2-10 鋼筋混凝土柱破壞模式之判別鋼筋混凝土柱破壞模式之判別....................................................................32 圖圖 2-11 考慮軸力變化，極限狀態塑鉸定義方式考慮軸力變化，極限狀態塑鉸定義方式 ....................................................33 圖圖 2-12 實驗試體實驗試體 150-1、、2、、4、、6、、8、、9、、10 詳細尺寸及配筋圖詳細尺寸及配筋圖.......................36 圖圖 2-13 實驗試體實驗試體 150-1 以以 Muguruma 組成律之彎矩組成律之彎矩-曲率比較曲率比較..........................39 圖圖 2-14 實驗試體實驗試體 150-1 以以 New RC 組成律之彎矩組成律之彎矩-曲率比較曲率比較...............................39 圖圖 2-15 實驗試體實驗試體 150-1 以以 Muguruma 組成律及三種剪力行為分析所得結果與 實驗資料之比較 組成律及三種剪力行為分析所得結果與 實驗資料之比較...........................................................................................40 圖圖 2-16 實驗試體實驗試體 150-1 以以 New RC 組成律及三種剪力行為分析所得結果與實 驗資料之比較 組成律及三種剪力行為分析所得結果與實 驗資料之比較...............................................................................................40 圖圖 2-17 實驗試體實驗試體 150-2 以以 Muguruma 組成律及三種剪力行為分析所得結果與 實驗資料之比較 組成律及三種剪力行為分析所得結果與 實驗資料之比較...........................................................................................41 圖圖 2-18 實驗試體實驗試體 150-2 以以 New RC 組成律及三種剪力行為分析所得結果與實 驗資料之比較 組成律及三種剪力行為分析所得結果與實 驗資料之比較...............................................................................................41 圖圖 2-19 實驗試體實驗試體 150-4 以以 Muguruma 組成律及三種剪力行為分析所得結果與 實驗資料之比較 組成律及三種剪力行為分析所得結果與 實驗資料之比較...........................................................................................42 圖圖 2-20 實驗試體實驗試體 150-4 以以 New RC 組成律及三種剪力行為分析所得結果與實 驗資料之比較 組成律及三種剪力行為分析所得結果與實 驗資料之比較...............................................................................................42 圖圖 2-21 實驗試體實驗試體 150-6 以以 Muguruma 組成律及三種剪力行為分析所得結果與組成律及三種剪力行為分析所得結果與 VII 實驗資料之比較實驗資料之比較...........................................................................................43 圖圖 2-22 實驗試體實驗試體 150-6 以以 New RC 組成律及三種剪力行為分析所得結果與實 驗資料之比較 組成律及三種剪力行為分析所得結果與實 驗資料之比較...............................................................................................43 圖圖 2-23 實驗試體實驗試體 150-8 以以 Muguruma 組成律及三種剪力行為分析所得結果與 實驗資料之比較 組成律及三種剪力行為分析所得結果與 實驗資料之比較...........................................................................................44 圖圖 2-24 實驗試體實驗試體 150-8 以以 New RC 組成律及三種剪力行為分析所得結果與實 驗資料之比較 組成律及三種剪力行為分析所得結果與實 驗資料之比較...............................................................................................44 圖圖 2-25 實驗試體實驗試體 150-9 以以 Muguruma 組成律及三種剪力行為分析所得結果與 實驗資料之比較 組成律及三種剪力行為分析所得結果與 實驗資料之比較...........................................................................................45 圖圖 2-26 實驗試體實驗試體 150-9 以以 New RC 組成律及三種剪力行為分析所得結果與實 驗資料之比較 組成律及三種剪力行為分析所得結果與實 驗資料之比較...............................................................................................45 圖圖2-27實驗試體實驗試體150-10以以Muguruma組成律及三種剪力行為分析所得結果與 實驗資料之比較 組成律及三種剪力行為分析所得結果與 實驗資料之比較...........................................................................................46 圖圖 2-28 實驗試體實驗試體 150-10 以以 New RC 組成律及三種剪力行為分析所得結果與實 驗資料之比較 組成律及三種剪力行為分析所得結果與實 驗資料之比較...............................................................................................46 圖圖 2-29 實驗試體實驗試體 CL-3、、4，，CH-3、、4 詳細尺寸及配筋圖詳細尺寸及配筋圖....................................48 圖圖 2-30 實驗試體實驗試體 CL-3 以以 Muguruma 組成律及三種剪力行為分析所得結果與 實驗資料之比較 組成律及三種剪力行為分析所得結果與 實驗資料之比較...........................................................................................50 圖圖 2-31 實驗試體實驗試體 CL-3 以以 New RC 組成律及三種剪力行為分析所得結果與實 驗資料之比較 組成律及三種剪力行為分析所得結果與實 驗資料之比較...............................................................................................50 圖圖 2-32 實驗試體實驗試體 CL-4 以以 Muguruma 組成律及三種剪力行為分析所得結果與 實驗資料之比較 組成律及三種剪力行為分析所得結果與 實驗資料之比較...........................................................................................51 圖圖 2-33 實驗試體實驗試體 CL-4 以以 New RC 組成律及三種剪力行為分析所得結果與實 驗資料之比較 組成律及三種剪力行為分析所得結果與實 驗資料之比較.............................................................
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