楊耀昇1、周維苓2、鍾立來2,3,4、賴勇安2、邱聰智3、賴昱志2
1永安土木技師事務所、2臺大土木系、3國震中心、4成大學土木系
註:前一篇已介紹五項檢核要點,這篇繼續介紹剩餘之六項
六、構件力與位移之關係
結構執行側推分析後,每一類構件之每一類非線性鉸,最少取一樣本,從結構模型中,輸出每一步驟之力 (彎矩、剪力或軸力) 及位移 (或轉角),進而繪其力與位移之關係曲線,並與事先備妥之關係曲線比對 [4],確認與結構模型溝通無誤。結構補強後,其補強構件力與位移之關係,比照檢核。
選取的一樓柱C4(圖4) [5] 為撓曲破壞,故應與撓曲破壞機制之柱剪力位移曲線比較(圖10),由圖10可確認與結構模型溝通無誤。同理,亦由模型中二樓梁B16(圖4),將其兩梁端彎矩於側推過程之彎矩、轉角關係,與理論之梁彎矩比較(圖11、12),確認結果合理。
七、構件之破壞模式
八、結構之破壞模式
檢視每一步驟整體結構非線性鉸之發展,確認破壞模式之合理性。若為強柱弱梁之破壞模式 (接頭之梁充分發展其彎矩非線性鉸) [6],則接頭之梁彎矩強度的和,應低於柱子;若為弱柱強梁之破壞模式,則因柱於接頭處彎矩分配不均,接頭之柱子彎矩強度的和,可能高於梁,亦可能低於梁[5],工程師可透過分析軟體輸出該接頭之彎矩分配狀況,確認其結果是否合理。觀察在彈性段時是否有軟層性質,若有軟層,則該樓層之勁度應低於其上一樓層[2],若無軟層,則該樓層之勁度會高於其上一樓層。並觀察側推分析的每一步,若出現弱層 (該樓層垂直構件充分發展其非線性鉸) [2],則該樓層之剪力容量需求比,應低於其上一樓層。
結語
結構耐震評估與補強之難度,不亞於新建結構之耐震設計。評估與補強之結果,攸關結構所有權人及使用者之權益 (生命及財產),執業之工程師不得不慎。執行評估與補強之工程師 (尤其是剛進入此領域者),不應盡信分析程式之結果。分析程式可能沒錯,工程師也可能沒錯,但是,只要雙方之溝通出了問題,即可能釀成大錯。本文從載重、構件及結構,依序檢核,期確認 (補強前後) 評估結果之合理性,供工程師參考,共同維護工程之專業,進而守護結構所有權人及使用者之權益。
參考文獻
1.鍾立來 (2018),「耐震能力詳細評估結果之檢核」,內政部營建署,都市危險及老舊建築物結構安全性能,評估結果查核講習會。https://youtu.be/qD9gXM5OJrY 。
2.內政部營建署 (2011),「建築物耐震設計規範及解說」,100.01.19台內營字第0990810250號令修正部分規定,自中華民國一百年七月一日生效。http://www.cpami.gov.tw/chinese/index.php?option=com_content&view=article&id=10471&Itemid=57 。
3.中國土木水利工程學會 (2011)。「混凝土工程設計規範之應用 (土木404-100) (下冊)」。混凝土工程委員會,科技圖書。
4.蕭輔沛、鍾立來、葉勇凱、簡文郁、沈文成、邱聰智、周德光、趙宜峰、楊耀昇、涂耀賢、柴駿甫、黃世建、孫啟祥,「校舍結構耐震評估與補強技術手冊(第三版)」,國家地震工程研究中心,報告編號:NCREE-13-023,台北,2013年。
https://www.ncree.org/PublicationProfile.aspx?id=10870 。
5.楊耀昇、周維苓、鍾立來、賴勇安、邱聰智、賴昱志 (2018),「結構耐震評估與補強設計結果之檢核(上)」,臺灣省土木技師公會,技師報,投稿中。
6.內政部營建署 (2017),「混凝土結構設計規範」,內政部91.6.27台內營字第0910084633號令訂定,內政部106.5.31台內營字第1060805829號令修正。http://www.cpami.gov.tw/chinese/index.php?option=com_content&view=article&id=10431&Itemid=57。
7.鍾立來、林聖學、賴昱志、黃國倫、曾建創 (2015),「結構耐震設計:強柱弱梁之檢核」,臺灣省土木技師公會,技師報,第981期。
表4 柱撓曲破壞之側向強度與剪力破壞之側向強度比較
Story |
Column |
剪力破壞Vn(kgf) |
撓曲破壞 2Mn/Hc(kgf) |
min(Vn,2Mn/Hc) |
破壞模式 |
STORY1 |
C1 |
18656.09 |
8981.81 |
8981.81 |
撓曲 |
STORY1 |
C2 |
19714.92 |
9908.04 |
9908.04 |
撓曲 |
STORY1 |
C3 |
21951.94 |
11914.90 |
11914.90 |
撓曲 |
STORY1 |
C4 |
21085.18 |
11136.86 |
11136.86 |
撓曲 |
STORY1 |
C5 |
19608.43 |
9813.59 |
9813.59 |
撓曲 |
STORY1 |
C6 |
17599.42 |
8094.52 |
8094.52 |
撓曲 |
STORY1 |
C7 |
19191.32 |
9446.18 |
9446.18 |
撓曲 |
STORY1 |
C8 |
19470.89 |
9691.98 |
9691.98 |
撓曲 |
STORY1 |
C9 |
17824.37 |
8279.61 |
8279.61 |
撓曲 |
STORY2 |
C1 |
17311.03 |
7950.12 |
7950.12 |
撓曲 |
STORY2 |
C2 |
17928.13 |
8458.41 |
8458.41 |
撓曲 |
STORY2 |
C3 |
19176.37 |
9536.30 |
9536.30 |
撓曲 |
STORY2 |
C4 |
18723.25 |
9138.90 |
9138.90 |
撓曲 |
STORY2 |
C5 |
17861.8 |
8402.87 |
8402.87 |
撓曲 |
STORY2 |
C6 |
16760.14 |
7513.30 |
7513.30 |
撓曲 |
STORY2 |
C7 |
17616.64 |
8199.48 |
8199.48 |
撓曲 |
STORY2 |
C8 |
17777.19 |
8332.36 |
8332.36 |
撓曲 |
STORY2 |
C9 |
16883.47 |
7609.61 |
7609.61 |
撓曲 |
一樓垂直構件側力強度 |
87267.49 |
表5 性能點參數檢核
圖10 一樓柱C4剪力與層間位移之關係
圖11 二樓梁B16左端彎矩與轉角之關係
圖12 二樓梁B16右端彎矩與轉角之關係
圖13 最大基底剪力之非線性鉸發展
圖14 側推分析之容量曲線
圖15 側推分析經轉換後之容量震譜
【本文稿經由台灣省土木技師公會技師報同意轉載;未經允許請勿任意轉載】
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