建筑物基于性能的耐震設(shè)計(jì)實(shí)用方法研究.pdf

1、臺(tái)灣地區(qū)自921大地震後造成的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失給社會(huì)經(jīng)濟(jì)及人們的心里帶來(lái)了巨大的負(fù)面影響。因此，對(duì)既有建筑物維修補(bǔ)強(qiáng)及新建筑物設(shè)計(jì)階段，如何控制結(jié)構(gòu)的地震破壞程度，使地震災(zāi)害損失減到最少就愈顯重要。傳統(tǒng)舊規(guī)范是以強(qiáng)度，或強(qiáng)度韌性設(shè)計(jì)，無(wú)法把建筑物生命周期受地震破壞情形及經(jīng)濟(jì)損失程度透明化描述說(shuō)明。近年來(lái)興起基於以變位及多元參數(shù)的性能耐震設(shè)計(jì)理念與方法，已得到世界各國(guó)地震工程界的廣泛認(rèn)可，新建筑物設(shè)計(jì)，老舊建筑物強(qiáng)度評(píng)估、維修補(bǔ)強(qiáng)，已明

2、訂於規(guī)范中。 鑒於業(yè)主已要求設(shè)計(jì)單位，進(jìn)行耐震性能設(shè)計(jì)，卻又無(wú)一規(guī)范或設(shè)計(jì)指南可遵循，或有設(shè)計(jì)分析檢核評(píng)估驗(yàn)證實(shí)例可供酌參，在實(shí)務(wù)工程設(shè)計(jì)中真正體現(xiàn)性能耐震設(shè)計(jì)理念，性能設(shè)計(jì)方法、完善的耐震設(shè)計(jì)規(guī)范、存有大量的問(wèn)題需待進(jìn)一步研究解決，工程師們要進(jìn)行耐震性能設(shè)計(jì)受到很大挑戰(zhàn)。 基於性能的耐震設(shè)計(jì)方法，首要探討性能設(shè)計(jì)之理念，包括性能目標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)，性能等級(jí)以及地震危害，以及了解各種結(jié)構(gòu)分析方法，并探討世界各國(guó)有關(guān)性能設(shè)計(jì)規(guī)定，

3、從而對(duì)臺(tái)灣歷年來(lái)有關(guān)性能設(shè)計(jì)法規(guī)之探索，臺(tái)灣現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范雖隱含有部分耐震性能設(shè)計(jì)之理念，如考慮30年回歸期、475年回歸期、2500年回歸期之地震，及要求475年回歸期地震下非彈性位移發(fā)生極限值之一半、中小地震下為控制非結(jié)構(gòu)墻之破壞而限制最大層間變位之比值，規(guī)范也考慮多等級(jí)地震危害下之耐震設(shè)計(jì)目標(biāo)，但現(xiàn)行規(guī)范仍然強(qiáng)調(diào)強(qiáng)度設(shè)計(jì)，僅對(duì)中小地震下之結(jié)構(gòu)變位加以限制，用以控制中小地震下之非結(jié)構(gòu)構(gòu)材之破壞，而非采用性能設(shè)計(jì)方法。 臺(tái)灣地區(qū)

4、始於1997年版規(guī)范方有韌性耐震設(shè)計(jì)之規(guī)定，而性能設(shè)計(jì)以非線性分析方法為主要，本文由韌性對(duì)地震之效用與周期關(guān)系，建筑物之韌性容量及耐震設(shè)計(jì)基本原則加以研究，非線性分析方法有關(guān)之容量震譜、需求震譜，ARDS曲線之建立加以基礎(chǔ)研究。 進(jìn)而探討傳統(tǒng)舊規(guī)范及強(qiáng)度韌性設(shè)計(jì)法，強(qiáng)度韌性耐震能力評(píng)估法，以各半層耐震能力表示耐震能力，發(fā)現(xiàn)其不足之處。無(wú)法把建筑物生命周期受地震破壞情形及經(jīng)濟(jì)損失程度透明化描述說(shuō)明清楚。研析，現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范之強(qiáng)度韌性

5、法，無(wú)法掌控結(jié)構(gòu)之破壞機(jī)制，不能有效估計(jì)結(jié)構(gòu)在強(qiáng)地震力作用下工作性能之缺失。 惟有，探討非線性靜力分析法(推覆分析法)，用以估計(jì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件之非線性變形，結(jié)果比強(qiáng)度韌性法更接近實(shí)際，能掌握破壞機(jī)制。但利用推覆分析法(PushoverAnalysis)進(jìn)行耐震能力評(píng)估與設(shè)計(jì)，在實(shí)務(wù)上存在有許多問(wèn)題，如混凝土構(gòu)造，空框架、含磚墻或剪力墻等塑性鉸之建構(gòu)，分析流程，采用分析軟件特性之掌握諸多問(wèn)題，有待克服。通過(guò)本文的算例驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)其不足之

6、處，提出改善方式，可供可實(shí)務(wù)上應(yīng)用。 臺(tái)灣工程師進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最常用的套裝程式為ETABS及SAP2000，這兩套程式提供的非線性靜力分析又稱推覆分析，推覆分析可用以計(jì)算建筑物的基底剪力與屋頂變位的關(guān)系曲線，經(jīng)由ATC-40的轉(zhuǎn)換規(guī)則，可得到建筑物的崩塌地表加速度。 由於ETABS及SAP2000程式中七種非線性塑性鉸中，均無(wú)法直接應(yīng)用於二維RC墻上，因此需設(shè)法以一維梁柱元素或二力斜桿替代之模擬RC墻之非線性行為。本文以A

7、CI規(guī)范、相關(guān)文獻(xiàn)及軟化壓拉桿觀念探討RC剪力墻承受剪力之剪力強(qiáng)度及變位行為，并提出剪力墻側(cè)向強(qiáng)度及變位預(yù)測(cè)模式，文中收集臺(tái)灣12個(gè)全尺寸RC剪力墻測(cè)試資料證明預(yù)測(cè)模式之準(zhǔn)確性，最後再以ETABS程式說(shuō)明預(yù)測(cè)模式分析方法。 臺(tái)灣一般使用者在推覆分析時(shí)多使用SAP2000或ETABS軟件，但經(jīng)常由於使用者不熟悉內(nèi)部參數(shù)設(shè)定，導(dǎo)致分析結(jié)果可信度降低。有監(jiān)於此，本文將以內(nèi)政部建筑研究所出版之《鋼筋混凝土建筑物耐震能力評(píng)估法與推廣》報(bào)告

8、中的塑性鉸評(píng)估為基礎(chǔ)，參考FEMA-273、ATC40等建議方法，發(fā)展出一套合理的推覆分析及耐震能力評(píng)估方法：最後再以實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，并以「花蓮新城國(guó)中」示范耐震能力評(píng)估的過(guò)程。 改善推覆分析法，使其適合臺(tái)灣地區(qū)工程實(shí)務(wù)，以ETABS為分析軟件，本文通過(guò)對(duì)混凝土構(gòu)造空框架、含磚墻、剪力墻推覆分析法之理論研究并經(jīng)實(shí)例試驗(yàn)資料比對(duì)進(jìn)行綜合比較分析，建立塑性鉸及分析流程之分析模型，通過(guò)本文多個(gè)算例的驗(yàn)證，適用於混凝土構(gòu)造、鋼構(gòu)

9、造、隔震構(gòu)造、各種樓層及復(fù)雜結(jié)構(gòu)的非線性計(jì)算分析。應(yīng)用ETABS非線性計(jì)算軟件，采用本文提出的塑性鉸及分析流程之分析模型，分別對(duì)6層混凝土構(gòu)造框架結(jié)構(gòu)模型、35層鋼構(gòu)造框架結(jié)構(gòu)、28層及23層混凝土構(gòu)造框架結(jié)構(gòu)模型、14層混凝土構(gòu)造框架隔震結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行了不同地震波下的推覆分析法及動(dòng)力時(shí)程非線性分析。 為探討建筑物在強(qiáng)大地震力作用下之非線性變形行為，本研究將強(qiáng)度韌性法及推覆分析方法進(jìn)行比較。此外，本研究不僅利用推覆分析方法討論鋼