建筑物基于性能的耐震設計實用方法研究.pdf

1、臺灣地區(qū)自921大地震後造成的人員傷亡及財產損失給社會經(jīng)濟及人們的心里帶來了巨大的負面影響。因此，對既有建筑物維修補強及新建筑物設計階段，如何控制結構的地震破壞程度，使地震災害損失減到最少就愈顯重要。傳統(tǒng)舊規(guī)范是以強度，或強度韌性設計，無法把建筑物生命周期受地震破壞情形及經(jīng)濟損失程度透明化描述說明。近年來興起基於以變位及多元參數(shù)的性能耐震設計理念與方法，已得到世界各國地震工程界的廣泛認可，新建筑物設計，老舊建筑物強度評估、維修補強，已明

2、訂於規(guī)范中。 鑒於業(yè)主已要求設計單位，進行耐震性能設計，卻又無一規(guī)范或設計指南可遵循，或有設計分析檢核評估驗證實例可供酌參，在實務工程設計中真正體現(xiàn)性能耐震設計理念，性能設計方法、完善的耐震設計規(guī)范、存有大量的問題需待進一步研究解決，工程師們要進行耐震性能設計受到很大挑戰(zhàn)。 基於性能的耐震設計方法，首要探討性能設計之理念，包括性能目標與標準，性能等級以及地震危害，以及了解各種結構分析方法，并探討世界各國有關性能設計規(guī)定，

3、從而對臺灣歷年來有關性能設計法規(guī)之探索，臺灣現(xiàn)行設計規(guī)范雖隱含有部分耐震性能設計之理念，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構墻之破壞而限制最大層間變位之比值，規(guī)范也考慮多等級地震危害下之耐震設計目標，但現(xiàn)行規(guī)范仍然強調強度設計，僅對中小地震下之結構變位加以限制，用以控制中小地震下之非結構構材之破壞，而非采用性能設計方法。 臺灣地區(qū)

4、始於1997年版規(guī)范方有韌性耐震設計之規(guī)定，而性能設計以非線性分析方法為主要，本文由韌性對地震之效用與周期關系，建筑物之韌性容量及耐震設計基本原則加以研究，非線性分析方法有關之容量震譜、需求震譜，ARDS曲線之建立加以基礎研究。 進而探討傳統(tǒng)舊規(guī)范及強度韌性設計法，強度韌性耐震能力評估法，以各半層耐震能力表示耐震能力，發(fā)現(xiàn)其不足之處。無法把建筑物生命周期受地震破壞情形及經(jīng)濟損失程度透明化描述說明清楚。研析，現(xiàn)行設計規(guī)范之強度韌性

5、法，無法掌控結構之破壞機制，不能有效估計結構在強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)，用以估計結構和構件之非線性變形，結果比強度韌性法更接近實際，能掌握破壞機制。但利用推覆分析法(PushoverAnalysis)進行耐震能力評估與設計，在實務上存在有許多問題，如混凝土構造，空框架、含磚墻或剪力墻等塑性鉸之建構，分析流程，采用分析軟件特性之掌握諸多問題，有待克服。通過本文的算例驗證，發(fā)現(xiàn)其不足之

6、處，提出改善方式，可供可實務上應用。 臺灣工程師進行結構設計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，推覆分析可用以計算建筑物的基底剪力與屋頂變位的關系曲線，經(jīng)由ATC-40的轉換規(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，均無法直接應用於二維RC墻上，因此需設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、相關文獻及軟化壓拉桿觀念探討RC剪力墻承受剪力之剪力強度及變位行為，并提出剪力墻側向強度及變位預測模式，文中收集臺灣12個全尺寸RC剪力墻測試資料證明預測模式之準確性，最後再以ETABS程式說明預測模式分析方法。 臺灣一般使用者在推覆分析時多使用SAP2000或ETABS軟件，但經(jīng)常由於使用者不熟悉內部參數(shù)設定，導致分析結果可信度降低。有監(jiān)於此，本文將以內政部建筑研究所出版之《鋼筋混凝土建筑物耐震能力評估法與推廣》報告

8、中的塑性鉸評估為基礎，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估方法：最後再以實驗室試驗數(shù)據(jù)進行比對，并以「花蓮新城國中」示范耐震能力評估的過程。 改善推覆分析法，使其適合臺灣地區(qū)工程實務，以ETABS為分析軟件，本文通過對混凝土構造空框架、含磚墻、剪力墻推覆分析法之理論研究并經(jīng)實例試驗資料比對進行綜合比較分析，建立塑性鉸及分析流程之分析模型，通過本文多個算例的驗證，適用於混凝土構造、鋼構

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