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建築研究簡訊第99期 《業務報導》

研擬鋼結構建築耐震能力詳細評估分析法

  雖近年來國內在鋼筋混凝土結構之評估與補強技術已經有相當多之工程實務經驗,並編訂有相當多之鋼筋混凝土結構耐震評估與補強技術手冊,但對於鋼結構建築物,國內為數甚多之斜撐系統,其適用性還需再加以研究。十多年來,隨著新評估技術引進、工程實務經驗累積及研究目標之不同,仍未有任何適合於國內結構建築型式之耐震詳細評估與補強方法供實務工程界參考。

  本研究參考美國FEMA與日本等研究報告或技術手冊於鋼結構建築耐震評估方面之方法,並調查參酌國內鋼結構工程實際情況與國內外之相關結構試驗,制定適用國內各型式鋼結構建築及與現行鋼結構設計規範相符合之鋼結構耐震能力詳細評估方法,並撰寫鋼結構進行耐震能力評估時,進行非線性塑鉸分析與設定、耐震能力評定的自動化輔助程式,改善結構分析軟體內建塑鉸未能完全考量結構物之軸力影響,使分析之塑鉸特性更符合實際情況,減少使用者工作量。

一、鋼結構非線性塑鉸設定

  本研究參考FEMA-356建議之鋼結構非線性塑鉸特性,如圖1所示,考慮構材自重與使用者額外增加之重量作用時之軸力貢獻,撰寫視窗化程式,批量計算鋼結構建築物柱、梁斜撐之塑鉸特性。

圖1 FEMA-356設定塑鉸曲線參數圖

 

二、鋼結構非線性塑鉸分析輔助程式開發

  由於現有結構分析軟體參考FEMA-356定義鋼結構塑鉸時,並未完整考慮除了構材本身自重外的因素靜載重等,為使鋼結構塑鉸定義更符合實際情況與更加準確,因此本研究參考鋼筋混凝土建築物耐震能力評估系統軟體(SERCB),利用Virtual C#進行鋼結構非線性塑鉸分析輔助程式之開發。

  依據FEMA-356建議塑鉸特性以及參考SERCB之使用方式,將使用程序分為七個步驟,如圖2所示。使用者於結構分析軟體編輯結構模型以及執行結構靜力分析後,匯出結構分析結果(MDB檔與E2K檔),輔助程式透過MDB檔與E2K檔,讀取分析所需之結構物資料,包含梁構件、柱構件及斜撐構件尺寸、材料參數、連結狀況與力量,即可進行梁柱斜撐非線性塑鉸分析,再進一步將梁構件及柱構件以M3塑鉸定義、斜撐構件以軸力塑鉸定義,並建立包含各構材塑鉸之E2K檔,使用者即可於結構分析軟體中進行側推分析。

圖2 分析程序示意圖

三、耐震能力詳細評估

  耐震能力評估依圖3之分析流程,建立結構分析模型與進行靜力分析並求得最小設計水平地震總橫力,利用本研究撰寫鋼結構非線性塑鉸分析輔助程式,改善結構分析軟體內建定義之FEMA塑鉸未完全考量結構物之軸力,使分析之塑鉸特性更符合實際情況,透過輔助程式可快速分析梁、柱與斜撐之塑鉸特性,並批量匯入自動定義於構件中計算及設定各構件塑鉸特性後進行側推分析,藉由求得之容量曲線關係,評估整體結構物之耐震性能。

圖3 耐震能力評估流程

四、結語

  在鋼筋混凝土建築物已有較完整技術支援下,本所逐漸推動鋼結構建築物之評估與補強技術研究,於既有研究基礎下,彙集近年鋼結構耐震評估技術研究資訊與實務案例探討,研究與建立適用國內鋼結構建築之耐震能力詳細評估方法。