以基元結構探討含牆建築結構之耐震行為

Abstract

國內建築物結構設計一般簡化為柱樑構架分析，而這與實際結構破壞卻非相同，例如地震一來，首先破壞的通常是牆構件，因此本文研究「動機」乃啟發於採用簡化柱樑構架以分析模擬實際構架是否適當，而主要研究「目的」在於瞭解牆構件在結構系統中之重要性。 建築物中主要構件為柱、樑、牆與版元素，其中抗橫力構件主要為柱、樑與牆元素，因此為要了解整結構系統行為，必須先知道此三種元素之行為，分為線性與非線性等兩行為，而就工程師而言，其需要分析前有效預測各構件總行為，因此本文引用ATC40或FEMA273等規範或相關實驗結果定義之。而如何模擬出前述構件定義之行為，本文採用SAP程式內之側推分析功能，該程式主要設計塑鉸以模擬構件之元素，而重要的是，此塑鉸設定之格式主要針對ATC40或FEMA273等規範定義之格式，因此兩者結合提供本文研究牆構件之重要工具。 衡量建築物之能力有很多方法，如耐震強度、耐震性能，著名耐震強度如崩塌地表加速度(蔡益超)，而耐震性能如震譜容量法(ATC40)，本文為研究牆構件之重要性，參考陳奕信或劉醇宇建議之方法評估建築物之能力，該方法為耐震強度與耐震性能之綜合體，即將靜力側推所得容量曲線(或震譜)之強度最大點與位移極限點視為性能點，並由其包圍遲滯能量反推出崩塌地表加速度即代表建築物之耐震能力。 牆構件影響結構系統之重要參數計有對稱(symmetric)、連續(continuity) 、勁度(stiffness)、強度(strength)與韌性(ductility)等五參數，本文主要選擇其中對稱(symmetric)、連續(continuity)與強度(strength)等三參數做為討論牆構件之重要性，並以破壞模式與耐震地表加速度等兩物理量比較其對結構系統之影響。 最後由三參數與七種舉例證明牆構件在結構系統中所扮演之角色是不容忽視的，而且正確建築結構系統設計邏輯應為先求牆構件之平面對稱與立面連續，再要求牆構件本身容量(如勁度、強度與韌性等)。