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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 工學院
  3. 土木工程學系
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/93855
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dc.contributor.advisor呂良正zh_TW
dc.contributor.advisorLiang-Jenq Leuen
dc.contributor.author劉家成zh_TW
dc.contributor.authorChia-Cheng Liuen
dc.date.accessioned2024-08-08T16:34:41Z-
dc.date.available2024-08-09-
dc.date.copyright2024-08-08-
dc.date.issued2024-
dc.date.submitted2024-08-02-
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呂良正、楊晏瑜、劉家成、謝語哲 (2023)。竹構造之整合試驗與設計:由材料至
接合到整體結構設計。行政院農業部林業及自然保育署主管一般科技計畫
(112 年度期末報告)。
呂良正、楊晏瑜、劉家成、謝語哲、林承翰、陳旭 (2024)。竹構造之整合試驗
與設計:由材料至接合到整體結構設計。行政院農業部林業及自然保育署主
管一般科技計畫 (113 年度期中報告)。
杜怡萱、王榮進、李台光、黃國倫、周楷峻、張三酉、林均容、鄭少耘 (2021)。
竹構造建築物設計技術研究暨資料蒐集分析報告。內政部建築研究所建築工
程技術發展與整合應用計畫。
內政部國土管理署 (2023)。建築技術規則。
內政部國土管理署 (2018)。建築物耐風設計規範及解說。
內政部國土管理署 (2024)。建築物耐震設計規範及解說。
內政部國土管理署 (2024)。建築物混凝土結構設計規範。
內政部國土管理署 (2010)。鋼構造建築物鋼結構設計技術規範。
內政部國土管理署 (2021)。木構造建築物設計及施工技術規範
-
dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/93855-
dc.description.abstract近年環保意識抬頭,竹材具有生長週期短、負碳排放與單位重量下可提供較高強度的特性,塗料及製造加工技術的發展使竹結構的耐久性大幅提升,上述皆是讓竹結構日漸從鋼結構及鋼筋混凝土結構中脫穎而出的原因。對於這種有助永續環境的新興材料,雖部分國家有制定相關規範,但目前只有 ISO-12156 最具系統性的訂定設計及檢核規則,其內容基本上為計算構件的強度或容許應力以及不同接合條件下的容許強度,以及各自對應的安全係數(極限強度設計的各項指標在此規範的附錄中),用以檢核結構分析的結果。
雖已有規範明定檢核標準,但對於相較於規則的RC (鋼筋混凝土)結構或鋼結構而言,形狀多變且複雜的竹構造在結構設計的條件明顯別於兩者,僅有明文規範,卻無系統性的結構設計方法及流程供設計師及工程師參考,乃推廣竹構造之阻礙。
本研究會使用商用有限元素分析軟體 ABAQUS 進行完整的結構分析,並由此建構系統性的結構設計方法,且於各方法的各項設定上進行驗證,以確認設定上之正確性。一套完整的結構設計流程,需要包含模型匯入分析軟體、構件尺寸及材料的選擇及配置、邊界條件及外力的配置、變形量及構件內力的檢核以及施工性檢討。同時,在進行結構設計前,需要對於纖維材料及元素的選擇有一定程度上的了解,故在介紹結構設計前會對於這兩個部分進行討論及佐證,以期未來設計者能了解設計前的先備知識並應用於實際設計。
zh_TW
dc.description.abstractIn recent years, environmental awareness has been on the rise. Bamboo, with its short growth cycle, negative carbon emissions, ability to provide higher strength per unit weight, and improved durability due to advancements in coatings and manufacturing technologies, has gradually emerged as a strong contender against steel structures and reinforced concrete structures. Although some countries have established relevant regulations for this sustainable material, ISO-12156 is currently the most systematic standard for design and verification rules. This standard primarily involves calculating the strength or allowable stress of components and the allowable strength under different joint conditions, along with the corresponding safety factors (indicators of ultimate strength design are listed in the appendix of this standard), to verify the results of structural analysis.
Although there are clearly defined verification standards, bamboo structures, with their variable and complex shapes, differ significantly in design conditions compared to conventional RC (reinforced concrete) or steel structures. The lack of a systematic structural design method and process for designers and engineers to reference poses an obstacle to the promotion of bamboo structures.
This study will use commercial finite element analysis software ABAQUS for a comprehensive structural analysis and construct a systematic structural design method. Various settings of the methods will be verified to ensure their correctness. A complete structural design process includes importing the model into analysis software, selecting and configuring component sizes and materials, setting boundary conditions and external forces, verifying deformation and internal forces of components, and evaluating constructability. Additionally, before conducting structural design, it is necessary to have a certain understanding of the selection of fiber materials and elements. Therefore, before introducing the structural design, these two aspects will be discussed and substantiated to ensure that designers can grasp the prerequisite knowledge and apply it to practical design.
en
dc.description.provenanceSubmitted by admin ntu (admin@lib.ntu.edu.tw) on 2024-08-08T16:34:41Z
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en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2024-08-08T16:34:41Z (GMT). No. of bitstreams: 0en
dc.description.tableofcontents誌謝 i
摘要 iii
Abstract v
目次 vii
圖次 xiii
表次 xv
第一章緒論 1
1.1 關於竹構造及竹材料 1
1.1.1 竹構造的發展及介紹 1
1.1.2 竹材料的介紹及優缺點 3
1.2 研究動機 4
1.3 研究方法 5
1.4 文獻回顧 6
1.5 有限元素分析軟體ABAQUS 7
1.6 研究內容 8
第二章木材料與竹材料之性質 9
2.1 木材與竹材的異同 9
2.2 木竹材料的局部座標 10
2.3 材料組成方程式(Constitutive Equation) 11
2.3.1 正交各異向性材料(Orthotropic material) 模型及驗證 11
2.3.2 材料模型簡化方法 14
2.3.2.1 橫向等向性材料(Transversely isotropic material) 簡化過程及問題 14
2.3.2.2 臺灣木構造規範中材料參數的換算公式 15
2.4 小結 16
第三章梁元素應用於木竹材料之方法及驗證 17
3.1 使用梁元素進行分析的目的 17
3.2 ABAQUS 梁元素介紹 17
3.2.1 命名規則 17
3.2.2 Euler-Bernoulli 梁與Timoshenko 梁的介紹 18
3.2.3 空間梁元素B31,B32 與B33 的比較 19
3.3 梁元素之推導 20
3.3.1 Euler-Bounoulli 梁元素 20
3.3.2 Timoshenko 梁元素 21
3.3.2.1 一階Timoshenko 梁元素 21
3.3.2.2 二階Timoshenko 梁元素 23
3.3.3 軸力及扭矩 24
3.3.4 討論Euler-Bernoulli 梁與Timoshenko 梁在有限元素推導中的差異 25
3.4 積分點線性內外插(Linear Interpolation/Extrapolation of Integration points) 的討論 25
3.5 梁元素應用於木竹材料之討論 29
3.5.1 用於討論梁元素應用於木竹材料的模型 29
3.5.2 討論一:正交各異向性材料的各項參數對Timoshenko(B32) 梁元素的影響 30
3.5.3 討論二:比較Euler-Bernoulli(B33) 及Timoshenko(B32) 梁元素在使用等向性及正交各異向性材料下的差異 31
3.5.4 討論三:比較Euler-Bernoulli(B33) 及Timoshenko(B32) 梁元素在不同長細比(slenderness ratio) 下的剪力變形量占比 32
3.5.5 討論四:Euler-Bernoulli 梁元素與Timoshenko 梁元素應用在竹網殼結構中的結果差異 33
3.6 小結 34
第四章竹網殼結構案例介紹 35
4.1 前言 35
4.2 案例一:桃園大湳森林公園弦竹亭 35
4.3 案例二:雲林草嶺石壁穹頂竹棚 38
第五章結構模型匯入有限元素分析軟體之方法及流程41
5.1 前言及流程 41
5.2 建模後處理方法(Rhino 部分) 42
5.3 模型分析前處理方法(ABAQUS 部分) 43
5.4 使用ABAQUS 的文字輸入檔匯入模型 44
5.5 小結 46
第六章結構分析 47
6.1 接合在結構分析中的假設及處理 47
6.1.1 橫向接合(不同方向且不同高程的竹管連接) 47
6.1.2 續接(竹管與鋼構件或混凝土基礎連接) 49
6.2 設計楊氏模數 50
6.3 靜載重及屋頂活載重分析 51
6.3.1 靜載重 51
6.3.2 屋頂活載重 52
6.4 風載重分析 55
6.4.1 設計風載重計算說明 55
6.4.2 案例分析 57
6.4.2.1 案例一(弦竹亭) 57
6.4.2.2 案例二(穹頂竹棚) 62
6.5 地震載重分析 67
6.5.1 設計地震載重計算說明 67
6.5.2 地震力施加方式及討論 69
6.5.2.1 不使用靜力分析方法及反應譜疊加法的原因 69
6.5.2.2 歷時分析方法 70
6.5.3 案例設計地震力計算 71
6.5.3.1 案例一(弦竹亭) 71
6.5.3.2 案例二(穹頂竹棚) 75
6.5.4 地震地表加速度紀錄的時間歷時資料獲取及處理方法 79
6.5.5 歷時分析方法驗證及討論 84
6.5.5.1 使用單自由度模型驗證模態疊加法與直接基本法的正確性 84
6.5.5.2 阻尼比的決定及設定 85
6.5.6 案例分析 87
6.5.6.1 案例一(弦竹亭) 87
6.5.6.2 案例二(穹頂竹棚) 93
6.6 小結 96
第七章結構設計 99
7.1 結構設計流程 99
7.2 使用性檢核 101
7.2.1 國際建築規章的使用性檢核規定 101
7.2.2 相對變形量的計算方法 102
7.2.3 使用性檢核結果 103
7.3 載重組合(Load Combination) 104
7.4 竹構件設計 107
7.4.1 LRFD 的設計強度 107
7.4.2 抵抗力(Resistance) 計算 109
7.4.3 檢核結果及改善方法 110
7.5 鋼構件設計 112
7.5.1 鋼結構極限設計法規範與解說的構件強度計算 112
7.5.2 檢核結果及改善方法 114
7.6 接合設計 116
7.6.1 前言 116
7.6.2 接合強度 117
7.6.3 檢核結果及改善方法 118
7.7 小結 121
第八章結論與未來展望 123
8.1 結論 123
8.2 未來展望 125
參考文獻 127
附錄A — 頻譜匹配(Spectrum Matching) 的方法介紹及優缺點 131
A.1 線性匹配(Linear Matching) 131
A.2 頻率域或時間域匹配技術(Frequency or Time Domain Matching Techniques) 131
-
dc.language.isozh_TW-
dc.subject竹網殼結構zh_TW
dc.subject有限元素分析zh_TW
dc.subject生物材料zh_TW
dc.subject彈性力學zh_TW
dc.subject梁理論zh_TW
dc.subject模態疊加法zh_TW
dc.subject直接積分法zh_TW
dc.subjectFinite element analysisen
dc.subjectDirect integration methoden
dc.subjectModal superpositiona methoden
dc.subjectBeam theoryen
dc.subjectTheory of Elasticityen
dc.subjectBiomaterialsen
dc.subjectBamboo grid-shell structureen
dc.title利用有限元素分析軟體ABAQUS建立竹網殼結構設計及結構分析的流程及方法zh_TW
dc.titleUsing the Finite Element Analysis Software ABAQUS to Establish the Process and Method of Structural Design and Structural Analysis of Bamboo Grid-shellsen
dc.typeThesis-
dc.date.schoolyear112-2-
dc.description.degree碩士-
dc.contributor.oralexamcommittee宋裕棋;郭世榮;黃仲偉zh_TW
dc.contributor.oralexamcommitteeYu-Chi Sung;Shyh-Rong Kuo;Chang-Wei Huangen
dc.subject.keyword竹網殼結構,有限元素分析,生物材料,彈性力學,梁理論,模態疊加法,直接積分法,zh_TW
dc.subject.keywordBamboo grid-shell structure,Finite element analysis,Biomaterials,Theory of Elasticity,Beam theory,Modal superpositiona method,Direct integration method,en
dc.relation.page131-
dc.identifier.doi10.6342/NTU202402839-
dc.rights.note同意授權(全球公開)-
dc.date.accepted2024-08-06-
dc.contributor.author-college工學院-
dc.contributor.author-dept土木工程學系-
顯示於系所單位:土木工程學系

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