NCREE-2017-008
時間 2017-08-05
標題 降低建築各樓最大層間位移角差異之耐震設計法
作者 戴均穎、林瑞良蔡克銓
摘要
為了使建築物的各樓層層間位移角分布較為均勻,前人提出許多方法如Strong back型式之結構系統。而本研究則希望在不增加額外結構之構件的情況降低結構各層最大層間位移角之分布差異,研究中提出的設計方法採用林瑞良博士提出的廣義建築模型 (Generalized Building Model, GBM)作為分析工具。廣義建築模型可顯示出結構模型的撓曲及剪力變形之趨勢,將此趨勢利用彎剪變形因子??表示,並利用廣義建築模型找出該結構模型各層最大層間位移角分布最均勻時所對應之彎剪變形因子,以α_opt表示,之後將原結構模型之桿件重新設計直到彎剪變形因子??與α_opt相同後,比較調整後之結構模型與原始結構模型的層間位移角分布情形,希望能夠利用此最佳化方法降低結構模型之最大層間位移角分布的差異。
  研究中採用振態疊加法中的SRSS法則進行最大層間位移角計算,利用所得之各層最大層間位移角的變異係數來評估其分佈均勻性。考量結構愈靠近底層重要性通常愈高,因此在計算變異係數時,採用各層之樓層剪力與基底剪力的比值作為計算標準差時各樓層之權重。
  重新設計後,將最佳化之結構模型及原始結構模型利用PISA3D結構分析程式進行475年回歸期之設計地震的非線性反應歷時分析,比較最佳化結構模型及原始結構模型的最大層間位移角分布結果。
  研究中所採用的驗證例為SAC鋼研究計畫 (FEMA355c, 2000)中的九層及二十層鋼構造抗彎矩構架,進行歷時分析時,地震歷時只施加於此3D結構模型之z向。利用此方法對九層結構模型進行最佳化分析後,最佳化之九層結構模型利用振態分析法所得最大層間位移角分布之變異係數比原結構模型小。進行20個歷時分析後,其中的14個歷時分析中所得到的最佳化之LA-9模型的最大層間位移角分布之變異係數比原始LA-9模型低,顯示此方法確實能夠有效地降低九層樓模型的各樓層最大層間位移角分布之差異性;但在進行二十層模型最佳化設計時,利用廣義建築模型所估算的動力參數,如振態參與因子及模態形狀與實際有限元素模型所得之結果皆存在明顯誤差,故利用振態分析法所得之最大層間位移角變異係數反而比原始LA-20模型高。但在進行20個歷時分析時,其中的12個歷時分析所得最佳化之LA-20模型的最大層間位移角分布之變異係數又比原始LA-20模型低,顯示此設計方法應用在LA-20模型之效果並不一致。
關鍵字: 層間位移角分布、廣義建築模型、振態疊加法、變異係數、非線性反應歷時分析、PISA3D。
關鍵字 generalized building model, modal superposition method, coefficient of variation, nonlinear response history analysis, PISA3D
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