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行 政 院 國 家 科 學 委 員 會 補 助 專 題 研 究 計 畫 □ 成 果 報 告<br />
□ 期 中 進 度 報 告<br />
高 科 技 廠 房 防 震 策 略 研 究 ─ 子 計 畫 : 高 科 技 廠 房 暨 設 備 之 耐 震 評 估 與 補 強 (II)<br />
計 畫 類 別 :□ 個 別 型 計 畫 □ 整 合 型 計 畫<br />
計 畫 編 號 :NSC 94-2625-Z-009-003-<br />
執 行 期 間 : 94 年 8 月 01 日 至 95 年 07 月 31 日<br />
計 畫 主 持 人 : 王 彥 博<br />
共 同 主 持 人 :<br />
計 畫 參 與 人 員 : 李 建 良 、 張 簡 嘉 賞 、 陳 逸 軒<br />
成 果 報 告 類 型 ( 依 經 費 核 定 清 單 規 定 繳 交 ):□ 精 簡 報 告 □ 完 整 報 告<br />
本 成 果 報 告 包 括 以 下 應 繳 交 之 附 件 :<br />
□ 赴 國 外 出 差 或 研 習 心 得 報 告 一 份<br />
□ 赴 大 陸 地 區 出 差 或 研 習 心 得 報 告 一 份<br />
□ 出 席 國 際 學 術 會 議 心 得 報 告 及 發 表 之 論 文 各 一 份<br />
□ 國 際 合 作 研 究 計 畫 國 外 研 究 報 告 書 一 份<br />
處 理 方 式 : 除 產 學 合 作 研 究 計 畫 、 提 升 產 業 技 術 及 人 才 培 育 研 究 計 畫 、 列 管<br />
計 畫 及 下 列 情 形 者 外 , 得 立 即 公 開 查 詢<br />
□ 涉 及 專 利 或 其 他 智 慧 財 產 權 ,□ 一 年 □ 二 年 後 可 公 開 查 詢<br />
執 行 單 位 : 國 立 交 通 大 學 土 木 工 程 學 系<br />
中 華 民 國 九 十 五 年 八 月 三 十 一 日
摘 要<br />
本 研 究 之 研 究 主 題 有 二 :(1) 高 科 技 廠 房 所 面 臨 之 廠 房 耐 震 能 力 初 步 評<br />
估 與 補 強 方 法 ;(2) 自 動 化 載 具 運 行 所 引 致 的 樓 版 微 振 動 進 行 研 究 與 分 析 。<br />
高 科 技 廠 房 耐 震 能 力 方 面 , 本 研 究 發 展 出 一 套 適 合 於 高 科 技 廠 房 之 耐<br />
震 能 力 初 步 評 估 方 法 , 提 供 業 者 有 效 之 廠 房 耐 震 能 力 快 速 評 估 工 具 , 以 及<br />
是 否 需 進 行 耐 震 補 強 之 決 策 依 據 。 本 研 究 以 一 棟 典 型 的 疊 層 式 晶 圓 廠 為 對<br />
象 , 示 範 簡 易 耐 震 能 力 初 步 評 估 的 應 用 及 分 析 結 果 的 合 理 性 。 研 究 結 果 顯<br />
示 , 若 根 據 規 範 之 經 驗 公 式 計 算 結 構 週 期 時 , 會 低 估 耐 震 需 求 , 建 議 應 根<br />
據 特 徵 分 析 或 習 用 之 T=N/10(sec) 估 算 之 結 構 週 期 來 計 算 耐 震 需 求 。 此<br />
外 , 即 使 結 構 有 明 顯 之 軟 弱 層 存 在 時 , 仍 應 以 其 對 應 之 樓 層 剪 力 需 求 作 為<br />
耐 震 能 力 評 估 的 依 據 較 為 合 理 。 本 研 究 根 據 ETABS 軟 體 進 行 歷 時 分 析 ( 結<br />
構 阻 尼 比 為 2% 與 3%) 之 結 果 , 與 簡 易 耐 震 初 評 法 ( 結 構 阻 尼 比 為 2% 與 3%)<br />
之 結 果 相 近 , 建 議 未 來 應 用 簡 易 評 估 法 時 應 採 用 阻 尼 比 為 2% 與 3% 計 算 耐<br />
震 需 求 。 另 本 研 究 亦 探 討 應 用 消 能 制 震 鈑 或 斜 撐 系 統 於 高 科 技 廠 房 耐 震 補<br />
強 之 減 震 效 益 , 分 析 結 果 顯 示 斜 撐 系 統 的 補 強 效 果 有 限 , 消 能 制 震 鈑 則 因<br />
兼 具 加 勁 與 消 能 的 作 用 , 減 震 效 果 較 為 顯 著 。 惟 受 限 於 既 有 空 間 , 消 能 制<br />
震 鈑 只 能 安 裝 於 周 邊 構 架 , 補 強 後 結 構 短 軸 方 向 之 耐 震 能 力 仍 嫌 不 足 , 顯<br />
示 疊 層 式 廠 房 必 須 針 對 結 構 系 統 做 較 大 幅 度 的 改 善 , 才 能 確 保 其 耐 震 能 力<br />
之 提 升 。<br />
自 動 化 載 具 運 行 引 致 廠 房 樓 版 微 振 動 方 面 , 研 究 內 容 包 含 :(1) 無 塵<br />
室 AGV 行 止 所 引 發 之 樓 版 振 動 特 性 研 究 ;(2) 樓 版 之 剛 性 補 強 與 減 振 效<br />
益 評 估 ; 及 (3) 樓 版 動 態 剛 度 之 評 估 。 研 究 結 果 顯 示 ,AGV 之 車 速 ( 等 速 、<br />
煞 車 )、 車 重 及 結 構 之 跨 徑 均 會 影 響 樓 版 振 動 反 應 。 當 AGV 以 等 速 前 進 ,<br />
i
車 速 慢 時 (1m/s、1.5m/s) 樓 版 之 第 一 、 三 振 頻 的 反 應 較 大 , 車 速 快 時<br />
(3m/s、6m/s) 會 引 起 較 高 頻 之 樓 版 振 動 反 應 ; 煞 車 對 樓 版 之 振 動 反 應<br />
在 部 分 頻 寬 有 放 大 現 象 , 其 影 響 主 要 在 低 頻 範 圍 ; 此 外 , 車 重 及 跨 徑 增 加 ,<br />
均 會 造 成 振 動 反 應 的 放 大 。 針 對 樓 版 振 動 過 大 的 問 題 , 本 研 究 提 出 三 種 鋁<br />
桁 架 局 部 補 強 方 式 , 補 強 之 範 圍 愈 大 者 效 果 愈 顯 著 。 惟 局 部 補 強 對 於 低 頻<br />
(
Abstract<br />
The main contents of this study include: (1) methodologies for<br />
preliminaryseismic capacity assessment and retrofit of high-tech fabs;(2)<br />
AGV/RGV induced floor microvibration analysis of high-tech fabs. In<br />
regard to methodologies for preliminaryseismic capacity assessment<br />
and retrofit of high-tech fabs, this study is to develop a methodology for<br />
preliminary seismic capacity assessment of high-tech fabs for the<br />
industries as an effective tool to evaluate the seismic capacity of their<br />
fabs in a rapid way, which serves as the basis for deciding whether<br />
seismic retrofit is necessary. In this study a typical double fab structure is<br />
considered for demonstration of the seismic capacityassessment using<br />
the proposed method and adequacy of the results. The study shows that<br />
seismic demand may be under-estimented if the structural period is<br />
calculated based on code specified empirical formula. It is suggested to<br />
use structural period by eigen analysis or the rule-of-thumb principle as<br />
T=N/10(sec) for estimating the seismic demand. In addition, even if there<br />
is an abvious soft-and-weak story in the structure, the story shear<br />
demand of the corresponding floor level should be considered as the<br />
basis for determining the seismic performance index. The seismic<br />
performance index based on time history analysis results with 2% and<br />
3% structural dampin. It is therefore suggested that damping ratio of 2%<br />
and 3% should be used in obtaining the seismic demand by the<br />
proposed method.This study also investigates the control efficiency<br />
using metallic yielding dampers or bracing system for seismic retrofit of<br />
iii
the high-tech fabs. Result indicatre that the retrofit effect by the bracing<br />
system is limited while the metallic yielding damper is more effectiveas it<br />
provides stiffness reinforcement and energy dissipation simultaneously.<br />
However, due to constraint of the existing spaces, metallic yielding<br />
dampers are allowed to be installed only in the peripheral frames.<br />
Therefore, the seismic capacity in the direction of minor axis direction is<br />
still insufficient after retrofit, indicating improvement of the overall<br />
structural system of the double fab is requiled to ensure its seismic<br />
capacity.<br />
In regard to AGV/RGV induced floor microvibration analysis of<br />
high-tech fabs, the main contents of this study include :( 1 )<br />
characterization of AGV induced, either in motion or braking, floor<br />
vibration in the clean room;(2)retrofit of floor rigidity and its performance<br />
assessment;and(3) assessment of the floor dynamic stiffness.<br />
Simulation results indicate that, vehicle speed (constant velocity/ brake),<br />
car loading and structural span are all influential to floor vibration<br />
response. When AGV advances at a constant but lower speed (1m/s or<br />
1.5m/s ), the floor vibration are more pronounced in the first and third<br />
modes, while at a higher speed (3m/s or 6m/s), responses of high<br />
frequency modes are excited.<br />
Braking may amplify floor vibration in a<br />
certain bandwidth, mainly in the low frequency range. Moreover,<br />
increase of both car loading and structural span cause further vibration<br />
amplification to the floor. To resolve the problem of excessive floor<br />
vibration, this study proposes three retrofit strategies of local floor<br />
reinforcement using aluminum truss. It is seen that the broader area of<br />
iv
the floor is reinforced the better performance is achieved. However, with<br />
such local reinforcement of the floor, the effect of vibration suppression<br />
is quite limited in the low frequency range (
目 錄<br />
中 文 摘 要 ...................................................................................................... i<br />
表 目 錄 ........................................................................................................ix<br />
圖 目 錄 ...................................................................................................... xii<br />
第 一 章 緒 論 ................................................................................................1<br />
1.1 前 言 .................................................. 1<br />
1.2 高 科 技 廠 房 之 潛 在 震 害 風 險 ........... 錯 誤 ! 尚 未 定 義 書 籤 。<br />
1.3 消 能 裝 置 ........................... 錯 誤 ! 尚 未 定 義 書 籤 。<br />
1.4 研 究 動 機 與 目 的 ..................... 錯 誤 ! 尚 未 定 義 書 籤 。<br />
1.5 本 文 內 容 ..............................................3<br />
第 二 章 科 技 廠 房 耐 震 能 力 初 步 評 估 方 法 .................................................. 4<br />
2.1 耐 震 指 標 之 計 算 ........................................4<br />
2.2 調 整 因 子 (Q) ...........................................6<br />
2.3 結 構 之 耐 震 需 求 (D) ....................................6<br />
2.3.1 最 小 設 計 水 平 總 橫 力 ......................................................... 6<br />
2.3.2 震 區 短 週 期 與 一 秒 週 期 水 平 譜 加 速 度 係 數 ........................7<br />
2.3.3 工 址 短 週 期 與 一 秒 週 期 水 平 譜 加 速 度 係 數 ....................... 8<br />
2.3.4 工 址 設 計 水 平 加 速 度 反 應 譜 係 數 ...................................... 8<br />
2.3.5 用 途 係 數 ............................................................................ 9<br />
2.3.6 起 始 降 伏 地 震 力 放 大 倍 數 ................................................. 9<br />
vi
2.3.7 結 構 系 統 地 震 力 折 減 係 數 .................................................10<br />
2.3.8 地 震 力 之 豎 向 分 配 ............................................................10<br />
2.4 結 構 之 標 稱 耐 震 容 量 ................................... 11<br />
2.4.1 柱 無 轉 換 斷 面 之 極 限 剪 力 強 度 .........................................12<br />
2.4.1.1 RC 柱 之 極 限 剪 力 強 度 .............................................13<br />
2.4.1.2 鋼 柱 之 極 限 剪 力 強 度 .............................................. 15<br />
2.4.1.3 SRC 柱 之 極 限 剪 力 強 度 ........................................... 17<br />
2.4.2 柱 有 轉 換 斷 面 之 極 限 剪 力 強 度 .........................................18<br />
2.4.3 牆 之 極 限 剪 力 強 度 ............................................................19<br />
2.4.3.1 磚 造 牆 之 極 限 剪 力 強 度 ..........................................19<br />
2.4.3.2 RC 牆 之 極 限 剪 力 強 度 ........................................... 20<br />
2.4.4 斜 撐 之 極 限 剪 力 強 度 ........................................................21<br />
第 三 章 耐 震 能 力 初 步 評 估 方 法 之 實 例 分 析 ............................................. 23<br />
3.1 分 析 模 型 .............................................23<br />
3.2 輸 入 擾 動 震 波 ........................................ 24<br />
3.3 特 徵 分 析 .............................................25<br />
3.4 疊 層 式 晶 圓 廠 房 之 耐 震 性 能 計 算 ........................ 26<br />
3.4.1 結 構 之 耐 震 需 求 (D) ......................................................... 26<br />
3.4.2 結 構 之 標 稱 耐 震 容 量 (C)...................................................31<br />
3.4.3 耐 震 指 標 之 分 析 結 果 比 較 ............................................... 32<br />
第 四 章 高 科 技 廠 房 耐 震 補 強 效 益 評 估 .................................................... 39<br />
vii
4.1 分 析 模 型 .............................................39<br />
4.2 金 屬 消 能 制 震 鈑 之 元 件 測 試 ............................ 40<br />
4.3 輸 入 擾 動 震 波 ......................................... 41<br />
4.4 特 徵 分 析 ............................................ 42<br />
4.5 增 設 金 屬 制 震 鈑 與 斜 撐 加 勁 之 耐 震 潛 能 評 估 .............. 42<br />
4.5.1 樓 層 位 移 評 估 ................................................................... 43<br />
4.5.2 樓 層 加 速 度 反 應 評 估 ....................................................... 43<br />
4.5.3 樓 層 柱 剪 力 評 估 ............................................................... 44<br />
4.5.4 金 屬 制 震 鈑 極 限 強 度 檢 核 ................................................ 45<br />
第 五 章 結 論 與 建 議 .................................................................................. 46<br />
參 考 文 獻 ................................................................................................... 49<br />
viii
表 目 錄<br />
表 1.1 高 科 技 廠 房 耐 震 能 力 初 步 評 估 表 ................................................. 52<br />
表 2.1 高 科 技 廠 房 評 估 方 法 之 流 程 圖 .....................................................55<br />
表 2.2 震 區 設 計 水 平 譜 加 速 度 係 數 Ss D 與 S1 D , 以 及 震 區 最 大 考 量 水 平 譜<br />
加 速 度 係 數 Ss M 與 S1 M ............................................................................. 56<br />
表 2.3 短 週 期 結 構 之 工 址 放 大 係 數 Fa ( 線 性 內 插 求 值 )......................... 64<br />
表 2.4 長 週 期 結 構 之 工 址 放 大 係 數 FV ( 線 性 內 插 求 值 ) ........................ 64<br />
表 2.5 一 般 工 址 或 近 斷 層 區 域 之 工 址 設 計 水 平 譜 加 速 度 係 數 SaD ........ 65<br />
表 2.6 短 週 期 與 長 週 期 結 構 之 阻 尼 比 修 正 係 數 Bs 與 B1 ( 線 性 內 插 求 值 )<br />
.................................................................................................................. 65<br />
表 3.1 CASE1( 原 始 雙 疊 層 廠 房 ) 結 構 之 標 稱 耐 震 容 量 (C)...................... 66<br />
表 3.2 CASE2( 下 層 無 塵 室 加 柱 ) 結 構 之 標 稱 耐 震 容 量 (C)....................... 66<br />
表 3.3 CASE3( 上 、 下 層 無 塵 室 均 加 柱 ) 結 構 之 標 稱 耐 震 容 量 (C) ............67<br />
表 3.4 耐 震 指 標 評 估 結 果 ( 靜 力 分 析 ; 週 期 依 經 驗 公 式 計 算 ;D= 基 底 剪 力 )<br />
.................................................................................................................. 68<br />
表 3.5 耐 震 指 標 評 估 結 果 ( 靜 力 分 析 ; 週 期 依 特 徵 分 析 結 果 ;D= 基 底 剪 力 )<br />
.................................................................................................................. 69<br />
表 3.6 耐 震 指 標 評 估 結 果 ( 靜 力 分 析 ; 週 期 依 經 驗 公 式 計 算 ;D= 樓 層 剪 力 )<br />
.................................................................................................................. 70<br />
表 3.7 耐 震 指 標 評 估 結 果 ( 靜 力 分 析 ; 週 期 依 特 徵 分 析 結 果 ;D= 樓 層 剪 力 )<br />
................................................................................................................... 71<br />
ix
表 3.8 耐 震 指 標 評 估 結 果 ( 靜 力 分 析 與 動 力 分 析 比 較 ; 週 期 依 經 驗 公 式 計<br />
算 ;D= 基 底 剪 力 )......................................................................................72<br />
表 3.9 耐 震 指 標 評 估 結 果 ( 靜 力 分 析 與 動 力 分 析 比 較 ; 週 期 依 特 徵 分 析 結<br />
果 ;D= 基 底 剪 力 )......................................................................................73<br />
表 3.10 耐 震 指 標 評 估 結 果 ( 靜 力 分 析 與 動 力 分 析 比 較 ; 週 期 依 經 驗 公 式 計<br />
算 ;D= 樓 層 剪 力 )......................................................................................74<br />
表 3.11 耐 震 指 標 評 估 結 果 ( 靜 力 分 析 與 動 力 分 析 比 較 ; 週 期 依 特 徵 分 析 結<br />
果 ;D= 樓 層 剪 力 )......................................................................................75<br />
表 4.1 USD 制 震 鈑 之 材 料 性 質 與 細 部 尺 寸 ............................................76<br />
表 4.2 CASE4(3 樓 至 5 樓 增 設 消 能 器 ) 各 樓 層 相 對 位 移 反 應 比 較 ( 單 位 :cm)<br />
...................................................................................................................77<br />
表 4.3 CASE5(3 樓 至 5 樓 增 設 斜 撐 ) 各 樓 層 相 對 位 移 反 應 比 較 ( 單 位 :cm)<br />
.................................................................................................................. 78<br />
表 4.4 CASE6(1 樓 至 5 樓 增 設 消 能 器 ) 各 樓 層 相 對 位 移 反 應 比 較 ( 單 位 :cm)<br />
...................................................................................................................79<br />
表 4.5 CASE4(3 樓 至 5 樓 增 設 消 能 器 ) 各 樓 層 間 加 速 度 反 應 比 較 ( 單 位 :g)<br />
.................................................................................................................. 80<br />
表 4.6 CASE5(3 樓 至 5 樓 增 設 斜 撐 ) 各 樓 層 間 加 速 度 反 應 比 較 ( 單 位 :g)81<br />
表 4.7 CASE6(1 樓 至 5 樓 增 設 消 能 器 ) 各 樓 層 間 加 速 度 反 應 比 較 ( 單 位 :g)<br />
.................................................................................................................. 82<br />
表 4.8 CASE4(3 樓 至 5 樓 增 設 消 能 器 ) 樓 層 柱 (C1) 剪 力 反 應 比 較 ( 單 位 :t)<br />
.................................................................................................................. 83<br />
表 4.9 CASE5(3 樓 至 5 樓 增 設 斜 撐 ) 樓 層 柱 (C1) 剪 力 反 應 比 較 ( 單 位 :t) 84<br />
x
表 4.10 CASE6(1 樓 至 5 樓 增 設 消 能 器 ) 樓 層 柱 (C1) 剪 力 反 應 比 較 ( 單 位 :t)<br />
.................................................................................................................. 85<br />
表 4.11 CASE4 制 震 鈑 變 形 與 剪 力 (TCU017-EW).................................. 86<br />
表 4.12 CASE4 制 震 鈑 變 形 與 剪 力 (TCU096-EW)................................. 86<br />
表 4.13 CASE4 制 震 鈑 變 形 與 剪 力 (TCUBAA-NS)................................. 87<br />
xi
圖 目 錄<br />
圖 1.1 一 般 標 準 廠 房 ............................................................................... 88<br />
圖 1.2 疊 層 式 晶 圓 廠 房 .......................................................................... 88<br />
圖 1.3 典 型 無 塵 室 柱 位 結 構 平 面 圖 ........................................................ 88<br />
圖 1.4 典 型 無 塵 室 下 樓 層 之 柱 位 結 構 平 面 圖 ......................................... 89<br />
圖 1.5 軟 弱 層 震 害 .................................................................................. 89<br />
圖 1.6 受 力 - 位 移 關 係 之 遲 滯 迴 圈 ........................................................ 89<br />
圖 1.7 減 震 設 計 安 裝 示 意 ....................................................................... 90<br />
圖 1.8 黏 彈 性 體 阻 尼 器 ............................................................................ 90<br />
圖 1.9 受 力 - 位 移 關 係 之 遲 滯 迴 圈 ………………………………………………..95<br />
圖 1.10 液 態 黏 性 阻 尼 器 構 造 ................................................................... 90<br />
圖 1.11 受 力 - 位 移 關 係 之 遲 滯 迴 圈 ……………………………………………….95<br />
圖 1.12 Pall 摩 擦 型 阻 尼 器 ......................................................................91<br />
圖 1.13 受 力 - 位 移 關 係 之 遲 滯 迴 圈 ……………………………………………….96<br />
圖 1.14 金 屬 降 伏 型 阻 尼 器 ......................................................................91<br />
圖 1.15 受 力 - 位 移 關 係 之 遲 滯 迴 圈 .......................................................91<br />
圖 2.1 SRC 柱 與 RC 柱 之 斷 面 轉 換 示 意 圖 ............................................. 92<br />
圖 2.2 柱 無 轉 換 斷 面 之 極 限 剪 力 強 度 示 意 圖 ........................................ 92<br />
圖 2.3 柱 有 轉 換 斷 面 之 極 限 剪 力 強 度 示 意 圖 ........................................ 93<br />
圖 2.4 兩 側 有 柱 之 磚 造 牆 ...................................................................... 93<br />
xii
圖 2.5 單 側 有 柱 之 磚 造 牆 ...................................................................... 94<br />
圖 2.6 兩 側 有 柱 之 RC 牆 ....................................................................... 94<br />
圖 2.7 單 側 有 柱 之 RC 牆 ....................................................................... 95<br />
圖 2.8 兩 側 均 無 柱 之 RC 牆 ................................................................... 95<br />
圖 2.9 斜 撐 構 材 示 意 圖 .......................................................................... 96<br />
圖 3.1(a) 外 圍 構 架 之 側 視 圖 ( 短 向 )........................................................ 96<br />
圖 3.1(b) 外 圍 構 架 之 側 視 圖 ( 長 向 )........................................................ 96<br />
圖 3.2 廠 房 結 構 平 面 圖 ...........................................................................97<br />
圖 3.3 八 層 樓 疊 層 式 廠 房 結 構 之 有 限 元 素 模 型 ......................................97<br />
圖 3.4 CASE1( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 ) 之 廠 房 結 構 模 型 立 面 圖 ( 短 向 )..... 98<br />
圖 3.5 CASE2( 五 樓 為 軟 弱 層 ) 之 廠 房 結 構 模 型 立 面 圖 ( 短 向 )................ 98<br />
圖 3.7 TCU017-NS 震 波 加 速 度 歷 時 ( 正 規 化 至 1g) .................................. 99<br />
圖 3.8 TCU017-EW 震 波 加 速 度 歷 時 ( 正 規 化 至 1g)................................. 99<br />
圖 3.9 TCU096-NS 震 波 加 速 度 歷 時 ( 正 規 化 至 1g) ............................... 100<br />
圖 3.10 TCU096-EW 震 波 加 速 度 歷 時 ( 正 規 化 至 1g) ............................ 100<br />
圖 3.11 TCUBAA-NS 震 波 加 速 度 歷 時 ( 正 規 化 至 1g) .............................. 101<br />
圖 3.12 TCUBAA-EW 震 波 加 速 度 歷 時 ( 正 規 化 至 1g)............................. 101<br />
圖 4.1 CASE4(3 樓 至 5 樓 增 設 消 能 器 ) 廠 房 模 型 ..................................102<br />
增 設 消 能 器 設 置 立 面 配 置 ..........................................................102<br />
圖 4.2 CASE5(3 樓 至 5 樓 增 設 斜 撐 ) 廠 房 模 型 增 設 斜 撐 設 置 立 面 配 置 圖<br />
.................................................................................................................103<br />
xiii
圖 4.3 CASE6(1 樓 至 5 樓 增 設 消 能 器 ) 廠 房 模 型 .................................104<br />
增 設 消 能 器 設 置 立 面 配 置 圖 .......................................................104<br />
圖 4.4(a) 原 型 USD 制 震 鈑 之 X- 形 鋼 鈑 細 部 尺 寸 .................................105<br />
圖 4.5 (a) 原 型 USD 制 震 鈑 元 件 測 試 之 試 驗 架 構 設 計 圖 ......................106<br />
圖 4.5 (b) 原 型 USD 制 震 鈑 元 件 測 試 之 試 驗 架 構 .................................106<br />
圖 4.6 元 件 測 試 設 定 之 致 動 器 位 移 指 令 ...............................................107<br />
圖 4.7(a) USD 制 震 鈑 之 遲 滯 迴 圈 ........................................................107<br />
圖 4.7 (b) USD 制 震 鈑 之 勁 度 迴 歸 曲 線 .............................................. 108<br />
圖 4.9 CASE4(3 樓 至 5 樓 增 設 消 能 器 ) 制 震 鈑 位 置 圖 ........................... 108<br />
圖 4.8 制 震 鈑 (Link25) 遲 滯 迴 圈 (X-TCU017 E-W) ...........................109<br />
圖 4.9 制 震 鈑 (Link3) 遲 滯 迴 圈 (Y-TCU017 E-W) .............................109<br />
圖 4.10 制 震 鈑 (Link25) 遲 滯 迴 圈 (X-TCU096 E-W)......................... 110<br />
圖 4.11 制 震 鈑 (Link3) 遲 滯 迴 圈 (Y-TCU096 E-W)............................ 110<br />
圖 4.12 制 震 鈑 (Link25) 遲 滯 迴 圈 (Y-TCUBAA N-S) ..........................111<br />
xiv
第 一 章 緒 論<br />
1.1 前 言<br />
全 球 高 度 工 業 發 展 的 國 家 除 日 本 之 外 , 少 有 像 台 灣 面 臨 這 麼 多 天 然 災<br />
害 的 威 脅 , 特 別 是 地 震 。 根 據 調 查 報 告 顯 示 [1], 新 竹 科 學 園 區 在 九 二 一 地<br />
震 (1999) 及 三 三 一 地 震 (2002) 損 失 嚴 重 , 儘 管 震 度 不 大 , 業 者 仍 蒙 受 巨 大<br />
之 半 成 品 、 設 備 及 營 運 中 斷 等 損 失 − 估 計 九 二 一 地 震 之 損 失 達 110 億 , 三<br />
三 一 地 震 亦 有 數 十 億 之 譜 [2]。 因 此 , 對 於 具 精 密 製 程 之 高 科 技 業 者 而 言 ,<br />
其 潛 在 的 震 害 風 險 實 不 可 輕 忽 , 業 者 不 管 是 在 廠 房 結 構 的 耐 震 設 計 或 內 部<br />
機 台 設 備 的 防 震 措 施 皆 應 作 特 別 的 考 量 , 以 降 低 震 害 風 險 。<br />
其 實 , 對 於 有 特 殊 軟 弱 層 的 高 科 技 廠 房 結 構 而 言 , 結 構 並 不 具 備 足 夠<br />
之 韌 性 , 因 此 現 行 建 築 物 耐 震 規 範 並 不 適 用 , 貿 然 採 用 韌 性 設 計 的 結 果 ,<br />
將 會 低 估 地 震 力 而 造 成 廠 房 結 構 耐 震 能 力 的 不 足 。 本 文 建 議 計 算 地 震 力 需<br />
求 時 , 應 降 低 規 範 建 議 的 容 許 韌 性 容 量 (Ra), 且 依 廠 房 種 類 ( 如 standard,<br />
double or triple fab) 之 不 同 , 而 調 整 其 容 許 值 , 針 對 高 科 技 廠 房 結 構<br />
耐 震 能 力 重 新 加 以 評 估 , 並 發 展 高 科 技 廠 房 適 用 之 補 強 方 法 。<br />
針 對 具 有 軟 弱 樓 層 ( 一 般 為 無 塵 室 所 在 之 樓 層 ) 高 科 技 廠 房 , 就 其 耐 震<br />
能 力 需 求 與 容 量 之 計 算 , 本 研 究 發 展 出 一 套 耐 震 能 力 初 步 評 估 方 法 , 作 為<br />
評 估 廠 房 耐 震 能 力 之 參 考 依 據 , 其 內 容 如 表 1.1 所 示 。 這 套 方 法 之 基 礎 架<br />
構 乃 參 考 鍾 立 來 博 士 之 中 小 學 典 型 耐 震 能 力 初 步 評 估 方 法 [3], 配 合 現 行 建<br />
築 物 耐 震 規 範 [4] 與 科 技 廠 房 之 結 構 特 性 考 量 而 建 立 。 為 了 驗 証 本 文 提 出 的<br />
高 科 技 廠 房 耐 震 能 力 初 步 評 估 方 法 之 可 靠 性 , 採 用 工 程 界 最 常 用 之 ETABS<br />
軟 體 進 行 結 構 線 性 / 非 線 性 動 力 分 析 [5], 藉 由 分 析 結 果 之 比 對 檢 驗 簡 易 評<br />
估 表 之 合 理 性 與 可 用 性 , 俾 能 提 供 業 主 對 其 既 有 廠 房 耐 震 能 力 之 快 速 評<br />
估 , 以 及 判 斷 廠 房 是 否 應 進 行 補 強 的 決 策 依 據 。<br />
1
基 於 科 技 產 業 之 高 營 逢 風 險 特 性 , 科 技 廠 房 的 結 構 防 震 設 計 目 標 在 於<br />
確 保 結 構 具 有 足 夠 的 耐 震 性 能 俾 於 強 震 過 後 旋 即 恢 復 正 常 運 作 。 針 對 此 一<br />
功 能 設 計 目 標 , 傳 統 採 用 強 度 設 計 或 韌 性 設 計 的 觀 念 均 無 法 滿 足 , 而 須 採<br />
用 結 構 控 制 技 術 , 例 如 於 結 構 系 統 中 安 裝 消 能 減 震 元 件 以 消 散 地 震 能 量 ,<br />
降 低 結 構 的 地 震 反 應 。 許 多 研 究 與 工 程 實 例 經 驗 顯 示 , 結 構 裝 置 消 能 器 可<br />
提 昇 其 耐 震 能 力 , 惟 對 於 具 有 軟 弱 層 之 疊 層 式 高 科 技 廠 房 之 耐 震 補 強 效 果<br />
能 力 如 何 , 仍 值 得 吾 人 深 入 進 行 評 估 分 析 。<br />
對 高 科 技 產 業 而 言 , 其 廠 房 結 構 因 配 合 製 程 動 線 安 排 而 需 要 寬 闊 的 空<br />
間 , 因 此 無 塵 室 所 設 的 樓 層 往 往 只 將 柱 位 設 在 周 邊 , 以 提 高 廠 房 空 間 , 卻<br />
也 導 致 軟 弱 層 的 形 成 , 大 大 地 降 低 了 廠 房 的 耐 震 能 力 。 以 晶 圓 廠 房 之 結 構<br />
設 計 為 例 , 為 配 合 量 產 之 需 求 , 無 塵 室 之 設 計 多 力 求 寬 闊 而 少 柱 , 以 方 便<br />
製 程 安 排 。 因 此 , 一 般 標 準 廠 房 (Standard fab) 均 將 無 塵 室 設 於 三 樓 , 如 圖<br />
1.1 所 示 , 其 屋 頂 由 大 跨 桁 架 (Mega truss) 支 撐 , 樓 板 採 用 格 子 梁 以 增 加 勁<br />
度 , 目 的 在 降 低 樓 板 的 微 振 動 量 ; 二 樓 則 為 物 料 、 能 源 供 應 室 及 通 風 系 統 ,<br />
柱 距 緊 密 而 有 多 道 剪 力 牆 支 撐 。 由 於 屋 頂 載 重 不 大 , 三 樓 無 塵 室 雖 然 柱 少<br />
且 無 剪 力 牆 , 抗 震 尚 稱 無 虞 。<br />
因 應 國 內 土 地 取 得 不 易 的 現 實 條 件 , 業 者 有 時 揚 棄 標 準 晶 圓 廠 之 建 構<br />
模 式 , 而 採 用 疊 層 式 晶 圓 廠 房 (Double fab), 以 增 加 土 地 利 用 效 益 。 疊 層<br />
式 晶 圓 廠 房 一 般 係 將 無 塵 室 設 置 於 三 樓 及 五 樓 , 如 圖 1.2 所 示 , 但 其 下 層 ( 三<br />
樓 ) 無 塵 室 (Lower fab) 須 背 負 數 個 樓 層 之 載 重 及 地 震 力 , 十 分 不 利 於 抗<br />
震 ; 若 再 設 辦 公 室 於 上 層 ( 五 樓 ) 無 塵 室 (Upper fab) 上 方 之 更 高 樓 層 , 則 五<br />
樓 無 塵 室 又 將 形 成 另 一 個 軟 弱 層 , 整 個 廠 房 實 乃 典 型 之 抗 震 不 良 結 構 系<br />
統 。 此 由 九 二 一 地 震 時 , 新 竹 科 學 園 區 內 Double fab 的 破 壞 情 況 較<br />
Standard fab 嚴 重 即 足 以 為 證 。 由 於 這 類 晶 圓 廠 房 總 高 度 並 未 超 過 50 公<br />
尺 , 故 依 法 可 規 避 結 構 外 審 , 因 而 在 沒 有 足 夠 之 專 業 監 督 下 輕 易 取 得 建 築<br />
及 使 用 執 照 。 這 對 業 者 而 言 並 非 是 福 , 其 實 無 形 中 已 種 下 今 日 高 科 技 廠 房<br />
飽 受 地 震 災 害 之 因 子 。<br />
2
高 科 技 廠 房 結 構 設 計 由 於 對 製 程 潔 淨 度 有 嚴 苛 要 求 , 因 此 在 廠 房 結 構<br />
內 往 往 會 設 置 無 塵 室 以 控 制 環 境 之 潔 淨 程 度 。 然 而 , 無 塵 室 所 在 樓 房 往 往<br />
須 配 合 高 架 地 版 的 設 置 而 加 高 , 因 此 其 樓 層 高 度 較 一 般 樓 層 來 得 高 , 其 結<br />
構 系 統 存 在 著 立 面 不 規 則 的 弱 點 。 另 外 , 為 配 合 製 程 動 線 的 規 劃 , 無 塵 室<br />
柱 位 分 布 往 往 不 同 於 一 般 結 構 , 為 使 其 空 間 寬 闊 , 柱 位 多 安 排 至 周 邊 , 如<br />
圖 1.3 所 示 , 因 而 在 結 構 上 形 成 一 軟 弱 層 。 基 於 樓 板 微 振 動 乃 影 響 產 品 良<br />
率 的 主 要 原 因 , 生 產 區 ( 無 塵 室 ) 的 下 方 樓 層 往 往 採 用 密 集 的 柱 位 佈 置 或 巨<br />
型 桁 架 以 增 加 樓 板 剛 度 , 藉 以 降 低 微 振 動 之 干 擾 , 如 圖 1.4 所 示 。 然 而 此<br />
舉 將 大 幅 提 高 無 塵 室 下 層 結 構 之 側 向 勁 度 , 進 而 造 成 結 構 立 面 勁 度 分 佈 差<br />
異 過 大 而 形 成 弱 層 結 構 。 一 般 而 言 , 若 結 構 系 統 中 存 在 著 軟 弱 層 , 當 強 震<br />
來 襲 時 將 容 易 因 變 形 集 中 導 致 嚴 重 的 P-Δ 效 應 而 增 加 結 構 之 震 害 風 險 。 此<br />
外 , 軟 弱 層 結 構 因 勁 度 分 配 不 均 而 造 成 水 平 剪 力 傳 遞 不 均 , 結 構 動 態 反 應<br />
分 析 之 精 確 性 亦 較 一 般 結 構 更 難 以 掌 握 。 因 此 , 廠 房 結 構 設 計 須 特 別 針 對<br />
其 軟 弱 層 行 為 進 行 檢 核 , 以 確 保 其 耐 震 能 力 。 圖 1.5 為 典 型 之 結 構 中 間 層<br />
崩 塌 的 破 壞 模 式 , 其 原 因 為 梁 柱 接 頭 破 壞 導 致 彎 矩 重 分 配 , 使 相 鄰 樓 層 的<br />
柱 端 因 塑 鉸 形 成 而 導 致 局 部 崩 塌 的 破 壞 機 制 。 疊 層 式 晶 圓 廠 房 的 軟 弱 層 效<br />
應 更 甚 於 一 般 結 構 , 其 耐 震 能 力 之 脆 弱 令 人 憂 心 。<br />
1.5 本 文 內 容<br />
第 一 章 針 對 高 科 技 廠 房 結 構 之 潛 在 震 害 及 結 構 消 能 減 震 系 統 作 一 概<br />
述 。 第 二 章 提 出 高 科 技 廠 房 之 耐 震 能 力 初 步 評 估 方 法 , 俾 便 作 為 評 估 高 科<br />
技 廠 房 耐 震 能 力 之 依 據 。 第 三 章 主 要 利 用 ETABS 軟 體 建 構 一 真 實 之 八 層<br />
樓 疊 層 式 晶 圓 廠 房 , 並 進 行 歷 時 分 析 , 以 檢 核 ETABS 之 分 析 結 果 與 耐 震<br />
初 評 之 結 果 是 否 具 一 致 性 。 第 四 章 評 估 金 屬 消 能 制 震 鈑 作 為 疊 層 式 晶 圓 廠<br />
房 結 構 耐 震 補 強 的 可 行 性 , 探 討 廠 房 結 構 軟 弱 層 的 問 題 是 否 能 得 到 顯 著 的<br />
改 善 。 第 五 章 為 結 論 與 建 議 。<br />
3
第 二 章 科 技 廠 房 耐 震 能 力 初 步 評 估 方 法<br />
本 文 擬 提 出 一 簡 便 且 有 效 之 科 技 廠 房 耐 震 能 力 初 步 評 估 方 法 , 以 供 業<br />
主 作 為 後 續 耐 震 詳 評 或 結 構 補 強 之 決 策 依 據 。 對 於 有 特 殊 軟 弱 層 的 高 科 技<br />
廠 房 而 言 , 其 結 構 並 不 具 備 足 夠 之 韌 性 , 因 此 我 國 現 行 建 築 物 耐 震 規 範 並<br />
不 適 用 , 貿 然 採 用 韌 性 設 計 結 果 , 將 會 低 估 地 震 力 而 造 成 廠 房 結 構 耐 震 能<br />
力 的 不 足 。 本 評 估 方 法 主 要 檢 核 科 技 廠 房 無 塵 室 所 在 樓 層 ( 軟 弱 層 ) 之 耐 震<br />
能 力 , 由 於 半 導 體 或 光 電 廠 房 之 晶 圓 廠 房 層 數 不 一 ( 如 standard,double or<br />
triple fab), 本 研 究 將 考 量 軟 弱 樓 層 之 因 素 制 定 合 理 之 結 構 耐 震 指 標 。<br />
例 如 , 針 對 上 述 不 同 廠 房 結 構 之 設 計 型 式 , 建 議 選 用 不 同 之 結 構 韌 性 容 量<br />
(R) 值 , 亦 即 針 對 標 準 廠 、 雙 疊 層 廠 及 三 疊 層 廠 分 別 採 用 R=1.5、1.25 與 1.0。<br />
本 評 估 方 法 主 要 在 計 算 高 科 技 廠 房 結 構 軟 弱 層 所 能 承 受 之 最 大 極 限 剪<br />
力 強 度 [10-14]。 軟 弱 層 可 提 供 抗 剪 力 之 構 件 有 柱 (RC 柱 、 鋼 柱 與 SRC 柱 )、<br />
牆 (RC 牆 和 磚 牆 ) 及 斜 撐 。 計 算 各 構 材 之 極 限 剪 力 強 度 , 並 將 其 加 總 求 得 該<br />
樓 層 之 極 限 剪 力 強 度 , 此 極 限 剪 力 強 度 即 為 既 存 結 構 之 標 稱 耐 震 容 量 。 此<br />
外 , 再 根 據 廠 房 結 構 之 現 況 條 件 ( 柱 構 件 是 否 具 有 轉 換 面 、 結 構 平 面 是 否 不<br />
規 則 等 因 素 ) 給 予 適 當 之 修 正 因 子 調 整 , 求 出 廠 房 結 構 之 實 際 「 耐 震 容 量 」;<br />
另 一 方 面 , 配 合 我 國 現 行 之 建 築 耐 震 設 計 規 範 及 調 整 之 韌 性 容 量 , 可 決 定<br />
結 構 之 耐 震 力 需 求 。 由 耐 震 容 量 與 耐 震 需 求 之 比 值 ( 即 耐 震 指 標 ) 是 否 大 於<br />
1, 即 可 得 知 廠 房 結 構 之 耐 震 能 力 是 否 足 夠 。 耐 震 指 標 大 於 1 者 即 為 「 無 耐<br />
震 疑 慮 」, 小 於 1 時 則 屬 「 有 耐 震 疑 慮 」。 表 2.1 為 高 科 技 廠 房 耐 震 能 力 初<br />
步 評 估 方 法 之 評 估 流 程 圖 。<br />
2.1 耐 震 指 標 之 計 算<br />
本 方 法 主 要 聚 焦 於 高 科 技 廠 房 結 構 軟 弱 層 之 耐 震 容 量 計 算 , 假 設 軟 弱<br />
4
層 破 壞 時 均 為 柱 構 材 產 生 破 壞 , 不 考 慮 梁 構 材 產 生 破 壞 之 影 響 ( 主 要 為 深 梁<br />
或 格 子 梁 , 其 破 壞 的 可 能 性 不 高 )。 因 此 , 廠 房 結 構 之 極 限 剪 力 強 度 可 直 接<br />
由 軟 弱 層 所 有 構 材 ( 柱 、 牆 及 斜 撐 ) 之 極 限 剪 力 強 度 代 表 。<br />
耐 震 容 量 之 計 算 , 係 依 實 際 之 構 材 尺 寸 , 如 柱 (RC 柱 、 鋼 柱 和 SRC 柱 )、<br />
牆 (RC 牆 和 磚 牆 ) 及 斜 撐 等 資 料 , 包 括 柱 斷 面 尺 寸 及 配 筋 情 形 、 牆 斷 面 尺<br />
寸 、 斜 撐 斷 面 尺 寸 及 傾 斜 角 度 等 , 再 配 合 混 凝 土 強 度 與 鋼 骨 、 鋼 筋 之 降 伏<br />
強 度 , 便 可 計 算 該 樓 層 所 有 構 件 之 極 限 剪 力 強 度 , 其 和 即 為 結 構 之 標 稱 耐<br />
震 容 量 (C)。 若 為 使 用 多 年 之 廠 房 結 構 , 混 凝 土 強 度 可 能 隨 著 時 間 而 降 低 ,<br />
在 無 混 凝 土 鑽 心 強 度 試 驗 之 結 果 前 , 分 析 時 可 取 設 計 強 度 之 0.8 倍 估 算 。<br />
此 外 , 按 照 我 國 最 新 頒 佈 之 建 築 物 耐 震 設 計 規 範 [17], 可 由 查 表 得 知 工 址<br />
水 平 譜 加 速 度 係 數 SaD、 用 途 係 數 I、 起 始 降 伏 地 震 力 放 大 倍 數 αy、 地 震<br />
力 折 減 係 數 Fu 及 調 整 之 韌 性 容 量 R, 再 配 合 結 構 之 載 重 W(DL、LL) 等 ,<br />
可 求 出 結 構 之 耐 震 需 求 (D)。 由 結 構 之 耐 震 容 量 (C) 與 耐 震 需 求 (D) 之 比 值 可<br />
求 得 整 體 廠 房 結 構 之 耐 震 能 力 , 若 再 根 據 廠 房 結 構 之 現 況 條 件 指 定 適 當 之<br />
修 正 因 子 (Q) 進 行 調 整 , 即 可 得 廠 房 結 構 之 耐 震 指 標 (Is) 如 下 :<br />
其 中 ,<br />
QC<br />
I s<br />
= (2.1)<br />
D<br />
C= 結 構 之 標 稱 耐 震 容 量 ;<br />
D= 結 構 之 耐 震 需 求 ;<br />
Q = 調 整 因 子 ( 詳 2.2 節 )。<br />
根 據 高 科 技 廠 房 耐 震 指 標 之 分 析 結 果 , 若 該 廠 房 分 析 所 得 之 耐 震 指 標<br />
大 於 或 等 於 1, 則 判 定 該 結 構 為 「 無 耐 震 疑 慮 」; 若 耐 震 指 標 小 於 1, 則 判<br />
定 該 結 構 為 「 有 耐 震 疑 慮 」。<br />
有 關 廠 房 結 構 之 耐 震 需 求 與 耐 震 容 量 之 計 算 方 式 , 將 於 第 2.3 節 與 第<br />
5
2.4 節 詳 細 說 明 。<br />
2.2 調 整 因 子 (Q)<br />
廠 房 結 構 之 實 際 耐 震 容 量 , 須 配 合 結 構 之 現 況 與 結 構 系 統 是 否 良 好 等<br />
因 素 作 適 當 之 修 正 , 俾 使 分 析 結 果 充 分 反 映 結 構 實 際 之 耐 震 能 力 。<br />
結 構 之 柱 構 件 若 具 有 轉 換 斷 面 , 則 該 轉 換 界 面 易 產 生 應 力 集 中 的 現<br />
象 , 地 震 時 柱 構 材 於 此 轉 換 斷 面 產 生 破 壞 的 風 險 增 加 。 此 外 , 柱 受 到 極 大<br />
的 軸 壓 力 作 用 時 , P − Δ<br />
效 應 亦 會 造 成 轉 換 斷 面 產 生 損 壞 , 結 構 可 能 因 此 而<br />
提 前 倒 塌 [15]。 根 據 鋼 骨 鋼 筋 混 凝 土 構 造 設 計 規 範 與 解 說 [17] 可 知 , 鋼 骨 鋼<br />
筋 混 凝 土 柱 轉 換 成 鋼 筋 混 凝 土 柱 時 , 如 圖 2.1 所 示 , 轉 換 界 面 之 鋼 筋 混 凝<br />
土 彎 矩 強 度 應 取 該 處 需 求 彎 矩 之 1.1 倍 , 若 有 不 足 則 應 於 轉 換 處 增 設 補 強<br />
鋼 筋 , 並 以 該 處 彎 矩 之 1.1 倍 設 計 補 強 筋 量 。 因 此 , 若 結 構 軟 弱 層 之 柱 子<br />
具 有 轉 換 斷 面 時 , 本 文 建 議 根 據 規 範 之 精 神 , 考 慮 轉 換 斷 面 調 整 因 子<br />
1 Q = = 0.9進 行 結 構 耐 震 指 標 之 修 正 。<br />
1.1<br />
2.3 結 構 之 耐 震 需 求 (D)<br />
2.3.1 最 小 設 計 水 平 總 橫 力<br />
依 據 我 國 2005 年 建 築 物 耐 震 設 計 規 範 及 解 說 [18] 可 知 , 各 主 軸 方 向 之<br />
最 小 設 計 水 平 地 震 力 V 可 計 算 如 下 :<br />
V<br />
IS<br />
aD<br />
= W<br />
(2.2)<br />
1.4α F<br />
y<br />
u<br />
其 中 ,<br />
SaD: 工 址 設 計 水 平 加 速 度 反 應 譜 係 數 , 為 工 址 水 平 向 之 設 計 反 應 譜 ;<br />
6
加 速 度 與 重 力 加 速 度 g 之 比 值<br />
I: 用 途 係 數<br />
Fu: 結 構 系 統 地 震 力 折 減 係 數<br />
αy: 起 始 降 伏 地 震 力 放 大 倍 數<br />
W: 建 築 物 所 承 載 之 重 量 , 分 析 時 考 慮 全 部 靜 載 重 (DL) 與 1/2 活 載 重<br />
(LL)。<br />
式 (2.2) 之<br />
S<br />
F<br />
aD<br />
u<br />
⎡ S<br />
應 依 式 (2.3) 修 正 , 其 修 正 值 ⎢<br />
⎣ F<br />
aD<br />
u<br />
⎤<br />
⎥<br />
⎦<br />
m<br />
可 表 示 如 下 :<br />
⎡S<br />
⎢<br />
⎣ F<br />
aD<br />
u<br />
⎤<br />
⎥<br />
⎦<br />
m<br />
⎧S<br />
aD<br />
⎪<br />
⎪<br />
Fu<br />
⎪ S<br />
= ⎨0.52<br />
⎪ F<br />
⎪ S<br />
⎪0.70<br />
⎩ F<br />
aD<br />
u<br />
aD<br />
u<br />
+ 0.144<br />
S<br />
;<br />
F<br />
aD<br />
u<br />
≤ 0.3<br />
S<br />
;0.3 <<br />
F<br />
S<br />
;<br />
F<br />
aD<br />
u<br />
aD<br />
u<br />
≥ 0.8<br />
< 0.8<br />
(2.3)<br />
將 式 (2.3) 代 回 式 (2.2) 可 得<br />
V<br />
I ⎡S<br />
= ⎢<br />
1.4α<br />
y ⎣ F<br />
aD<br />
u<br />
⎤<br />
⎥<br />
⎦<br />
m<br />
W<br />
(2.4)<br />
2.3.2 震 區 短 週 期 與 一 秒 週 期 水 平 譜 加 速 度 係 數<br />
根 據 我 國 2005 年 建 築 物 耐 震 設 計 規 範 [18] 可 知 , 台 灣 地 區 堅 實 地 盤 之<br />
工 址 設 計 與 最 大 考 量 水 平 譜 加 速 度 係 數 分 別 根 據 50 年 10% 與 2% 容 許 超 越<br />
機 率 之 均 布 危 害 度 分 析 求 得 。 若 要 更 精 細 的 將 近 斷 層 影 響 區 域 劃 分 出 來 ,<br />
必 須 進 行 震 區 微 分 化 之 調 查 結 果 。 除 台 北 盆 地 外 , 震 區 設 計 水 平 譜 加 速 度<br />
係 數 Ss D 與 S1 D , 以 及 震 區 最 大 考 量 水 平 譜 加 速 度 係 數 Ss M 與 S1 M , 如 表 2.2<br />
所 示 , 分 別 代 表 工 址 所 屬 震 區 在 堅 實 地 盤 下 , 地 震 作 用 時 之 短 週 期 結 構 與<br />
7
一 秒 週 期 結 構 阻 尼 比 5% 之 反 應 譜 加 速 度 與 重 力 加 速 度 g 之 比 值 。<br />
2.3.3 工 址 短 週 期 與 一 秒 週 期 水 平 譜 加 速 度 係 數<br />
根 據 我 國 2005 年 建 築 物 耐 震 設 計 規 範 [18] 可 知 , 不 同 之 地 表 搖 晃 程 度<br />
將 會 改 變 地 盤 週 期 , 進 而 改 變 短 週 期 與 長 週 期 結 構 之 譜 加 速 度 放 大 倍 率 。<br />
因 此 , 必 須 考 量 土 壤 非 線 性 放 大 效 應 , 依 據 地 盤 種 類 與 震 區 水 平 譜 加 速 度<br />
係 數 , 訂 定 工 址 放 大 係 數 Fa 與 Fv。 除 台 北 盆 地 外 , 一 般 工 址 區 域 之 工 址<br />
短 週 期 與 一 秒 週 期 設 計 水 平 譜 加 速 度 係 數 SDS 與 SD1, 以 及 工 址 短 週 期 與 一<br />
秒 週 期 最 大 考 量 水 平 譜 加 速 度 係 數 SMS 與 SM1 依 下 式 計 算 :<br />
S = F S ;<br />
DS<br />
a<br />
D<br />
s<br />
S = F S<br />
MS<br />
a<br />
M<br />
s<br />
D<br />
S<br />
D<br />
Fv<br />
S1<br />
1<br />
= ;<br />
M<br />
S<br />
M<br />
Fv<br />
S1<br />
1<br />
= (2.5)<br />
其 中<br />
F<br />
a<br />
為 反 應 譜 等 加 速 度 段 之 工 址 放 大 係 數 , 隨 地 盤 種 類 與 震 區 短 週 期<br />
水 平 譜 加 速 度 係 數 Ss (Ss D 或 Ss M ) 而 改 變 , 可 由 表 2.3 求 得 ;<br />
F<br />
v<br />
為 反 應 譜 等 速 度 段 之 工 址 放 大 係 數 , 隨 地 盤 種 類 與 震 區 一 秒 週 期<br />
水 平 譜 加 速 度 係 數 S1 (S1 D 或 S1 M ) 而 改 變 , 可 由 表 2.4 求 得 。<br />
2.3.4 工 址 設 計 水 平 加 速 度 反 應 譜 係 數<br />
根 據 我 國 2005 年 建 築 物 耐 震 設 計 規 範 [18] 可 知 , 一 般 工 址 或 近 斷 層 區<br />
域 之 工 址 設 計 水 平 譜 加 速 度 係 數 SaD, 隨 建 築 物 基 本 振 動 週 期 T 與 工 址 短<br />
週 期 與 一 秒 週 期 之 設 計 水 平 譜 加 速 度 係 數 SDS 與 SD1 而 變 。 工 址 設 計 水 平<br />
譜 加 速 度 係 數 SaD, 如 表 2.5 所 示 , 其 中 , 表 2.5 之 短 週 期 與 中 、 長 週 期 之<br />
分 界 To D 滿 足 :<br />
8
T<br />
S<br />
D D1<br />
0<br />
= (2.6)<br />
S<br />
DS<br />
工 址 設 計 水 平 加 速 度 反 應 譜 係 數 SaD 隨 著 建 築 物 之 基 本 振 動 周 期 T 與<br />
地 盤 種 類 而 變 。 建 築 物 之 基 本 振 動 周 期 , 單 位 為 秒 , 可 由 經 驗 公 式 計 算 如<br />
下 :<br />
3<br />
4<br />
0.07hn<br />
T = (2.7)<br />
其 中 , h n<br />
為 基 面 至 屋 頂 面 高 度 , 單 位 為 公 尺 。<br />
根 據 我 國 2005 年 建 築 物 耐 震 設 計 規 範 [18] 可 知 , 建 築 物 耐 震 規 範 靜 力<br />
分 析 採 用 之 結 構 阻 尼 比 均 假 設 為 5%, 若 結 構 阻 尼 比 小 於 5% 時 , 工 址 短 週<br />
期 與 一 秒 週 期 之 設 計 水 平 譜 加 速 度 係 數 SDS 與 SD1 可 由 動 力 分 析 所 提 到 之<br />
短 週 期 與 長 週 期 的 阻 尼 修 正 係 數 Bs 與 B1 修 正 為 SDS/BS 與 SD1/B1, 阻 尼 修<br />
正 係 數 如 表 2-6 所 示 。<br />
2.3.5 用 途 係 數<br />
根 據 我 國 2005 年 建 築 物 耐 震 設 計 規 範 [18] 可 知 , 用 途 係 數 I 依 建 築 物<br />
( 如 重 要 建 築 物 、 儲 存 危 險 物 品 之 建 築 物 、 供 公 眾 使 用 之 建 築 物 ) 之 重 要 程<br />
度 而 定 , 目 的 在 增 加 重 要 建 築 物 之 安 全 性 , 而 提 高 其 設 計 地 震 力 。 高 科 技<br />
廠 房 乃 屬 於 重 要 之 建 築 物 , 故 本 文 分 析 時 採 用 I=1.5。<br />
2.3.6 起 始 降 伏 地 震 力 放 大 倍 數<br />
根 據 我 國 2005 年 建 築 物 耐 震 設 計 規 範 [18] 可 知 , 起 始 降 伏 地 震 力 放 大<br />
倍 數 αy, 係 設 計 地 震 地 表 加 速 度 放 大 αy 倍 後 , 構 造 開 始 產 生 第 一 個 斷 面<br />
降 伏 , 其 值 與 結 構 主 要 構 件 之 材 料 有 關 , 依 極 限 強 度 設 計 法 , 鋼 構 造 或 鋼<br />
骨 鋼 筋 混 凝 土 構 造 之 αy 可 採 用 1.0, 鋼 筋 混 凝 土 結 構 之 αy 則 採 用 1.5。<br />
9
2.3.7 結 構 系 統 地 震 力 折 減 係 數<br />
根 據 我 國 2005 年 建 築 物 耐 震 設 計 規 範 [18] 可 知 , 結 構 系 統 地 震 力 折 減<br />
系 數 Fu 與 結 構 系 統 之 韌 性 容 量 R、 基 本 振 動 週 期 及 地 盤 種 類 有 關 。 容 許 韌<br />
性 容 量 Ra 與 韌 性 容 量 R 之 關 係 為 :<br />
( R −1)<br />
R a<br />
= 1+<br />
(2.9)<br />
1.5<br />
由 於 現 行 建 築 物 耐 震 規 範 採 用 韌 性 設 計 結 果 規 定 , 將 會 低 估 地 震 力 而<br />
造 成 廠 房 結 構 耐 震 能 力 的 不 足 。 所 以 本 研 究 將 提 出 針 對 不 同 廠 房 結 構 之 設<br />
計 型 式 , 建 議 選 用 不 同 之 結 構 韌 性 容 量 (R) 值 , 亦 即 針 對 標 準 廠 、 雙 疊 層<br />
廠 及 三 疊 層 廠 分 別 採 用 R=1.5、1.25 及 1.0, 其 對 應 容 許 韌 性 容 量 Ra=1.33、<br />
1.17 及 1.0。<br />
結 構 系 統 地 震 力 折 減 系 數 Fu 與 容 許 韌 性 容 量 Ra 及 基 本 振 動 週 期 T 之<br />
關 係 式 如 下 :<br />
F<br />
u<br />
⎧Ra<br />
⎪<br />
⎪<br />
2R<br />
⎪<br />
= ⎨<br />
⎪ 2R<br />
⎪<br />
⎪ 2R<br />
⎪⎩<br />
a<br />
a<br />
a<br />
−1<br />
+<br />
−1<br />
−1<br />
+<br />
( R − 2R<br />
−1)<br />
a<br />
( 2R<br />
−1<br />
−1)<br />
a<br />
a<br />
T − 0.6T<br />
×<br />
D<br />
0.4T<br />
T − 0.2T<br />
×<br />
D<br />
0.2T<br />
0<br />
0<br />
D<br />
0<br />
D<br />
0<br />
; T ≥ T<br />
;0.6T<br />
D<br />
0<br />
;0.2T<br />
D<br />
0<br />
D<br />
0<br />
; T ≤ 0.2T<br />
≤ T ≤ T<br />
≤ T ≤ 0.6T<br />
D<br />
0<br />
D<br />
0<br />
D<br />
0<br />
(2.10)<br />
其 中 ,To D 為 設 計 水 平 譜 加 速 度 係 數 短 週 期 與 中 週 期 的 分 界 點 , 按 式 (2.5)<br />
所 定 義 。<br />
2.3.8 地 震 力 之 豎 向 分 配<br />
結 構 承 受 地 震 力 之 作 用 時 , 由 式 (2.2) 可 求 得 整 個 廠 房 結 構 之 最 小 設 計<br />
水 平 總 橫 力 , 再 依 下 述 地 震 力 之 豎 向 分 配 公 式 將 地 震 力 分 配 作 用 於 構 造 物<br />
之 各 樓 層 , 即 可 求 得 各 樓 層 所 承 受 之 地 震 力 。 我 國 2005 年 建 築 物 耐 震 設<br />
10
計 規 範 [18] 建 議 地 震 力 之 豎 向 分 配 可 假 設 為 和 每 層 樓 板 重 量 W<br />
x<br />
與 高 度 hx<br />
乘 積 成 正 比 , 其 計 算 方 式 如 下 :<br />
F<br />
x<br />
=<br />
W h<br />
x<br />
n<br />
∑ x = 1<br />
x<br />
W h<br />
x<br />
x<br />
V<br />
(2.11)<br />
其 中 ,<br />
V = 地 震 下 最 小 設 計 水 平 總 橫 力 ;<br />
F<br />
x<br />
= 第 x 層 所 分 配 之 地 震 力 ;<br />
W<br />
x<br />
= 第 x 層 之 結 構 重 ;<br />
h<br />
x<br />
= 第 x 層 距 基 面 之 高 度 。<br />
2.4 結 構 之 標 稱 耐 震 容 量<br />
根 據 實 地 現 勘 或 結 構 設 計 圖 所 得 之 軟 弱 層 各 構 材 尺 寸 , 如 柱 (RC 柱 、 鋼<br />
柱 和 SRC 柱 )、 牆 (RC 牆 和 磚 牆 ) 及 斜 撐 等 斷 面 資 料 及 配 筋 情 形 , 可 計 算 軟<br />
弱 層 所 能 承 受 之 極 限 剪 力 強 度 , 此 極 限 剪 力 強 度 即 為 結 構 之 標 稱 耐 震 容 量<br />
(C) , 可 計 算 如 下 :<br />
∑ Vci<br />
+ ∑Vwj<br />
+ ∑<br />
C =<br />
V<br />
(2.12)<br />
i<br />
j<br />
k<br />
bk<br />
其 中 ,<br />
V<br />
ci<br />
= 軟 弱 層 第 i 根 柱 之 極 限 剪 力 強 度 ;<br />
V<br />
wj<br />
= 軟 弱 層 第 j 道 牆 之 極 限 剪 力 強 度 ;<br />
11
V<br />
bk<br />
= 軟 弱 層 第 k 根 斜 撐 之 極 限 剪 力 強 度 。<br />
2.4.1 柱 無 轉 換 斷 面 之 極 限 剪 力 強 度<br />
柱 構 材 主 要 有 兩 種 破 壞 模 式 , 一 為 剪 力 破 壞 , 另 一 為 彎 矩 破 壞 。 因 此 ,<br />
分 析 時 須 先 判 斷 柱 為 剪 力 破 壞 或 是 彎 矩 破 壞 模 式 。<br />
(1) 單 一 柱 彎 矩 破 壞 之 等 效 剪 力 強 度 VcB, 可 由 柱 頂 與 柱 底 兩 端 之 彎 矩 和 除<br />
以 柱 之 長 度 而 求 得 。 因 柱 無 轉 換 斷 面 ( 如 圖 2.2), 故 柱 頂 彎 矩 (MPt) 與 柱 底<br />
之 彎 矩 (MPb) 相 同 , M = M Pt<br />
= M , 因 此 等 效 剪 力 強 度 VcB 可 表 示 為 :<br />
Pb<br />
其 中 ,<br />
2M<br />
V cB<br />
= (2.13)<br />
L<br />
M= 柱 端 可 承 受 之 極 限 彎 矩 , 有 關 RC 柱 、 鋼 柱 及 SRC 柱 之 極 限 彎 矩<br />
強 度 計 算 詳 以 下 各 節 。<br />
L = 柱 之 有 效 長 度 。<br />
(2) 單 一 柱 之 剪 力 破 壞 強 度 VcS, 因 柱 無 轉 換 斷 面 , 故 剪 力 強 度 VcS 可 表 示<br />
為 柱 斷 面 可 承 受 之 極 限 剪 力 , 有 關 RC 柱 、 鋼 柱 及 SRC 柱 之 極 限 剪 力 強 度<br />
計 算 詳 以 下 各 節 。<br />
分 析 時 , 單 一 柱 ( 第 i 根 ) 可 承 受 之 極 限 剪 力 強 度 , 須 考 慮 彎 矩 破 壞 之 剪<br />
力 強 度 與 剪 力 破 壞 之 剪 力 強 度 較 小 值 , 可 表 示 為 :<br />
度 為<br />
ci<br />
( V V )<br />
V = min ,<br />
(2.14)<br />
cSi<br />
cBi<br />
因 此 , 吾 人 可 進 一 步 求 得 軟 弱 層 所 有 柱 子 所 能 承 受 之 最 大 極 限 剪 力 強<br />
n<br />
i<br />
V c<br />
= ∑ =<br />
V<br />
1 ci<br />
(2.15)<br />
12
其 中 ,n 為 為 樓 層 之 柱 量 。<br />
2.4.1.1 RC 柱 之 極 限 剪 力 強 度<br />
根 據 2001 年 混 凝 土 工 程 設 計 規 範 之 應 用 [16] 與 1997 年 鋼 骨 鋼 筋 混 凝<br />
土 構 造 (SRC) 設 計 規 範 與 解 說 研 究 [17] 可 知 ,RC 柱 彎 矩 破 壞 之 等 效 剪 力 強<br />
度 及 剪 力 破 壞 之 剪 力 強 度 計 算 方 式 為 :<br />
(1) 單 一 RC 柱 彎 矩 破 壞 之 等 效 剪 力 強 度 計 算 方 式<br />
假 設 柱 構 材 之 反 曲 點 發 生 在 桿 件 中 央 , 吾 人 可 根 據 柱 斷 面 之 尺 寸 、 鋼<br />
筋 之 面 積 、 材 料 之 強 度 求 得 彎 矩 強 度 如 下 :<br />
其 中 ,<br />
M<br />
⎛ 1 ⎞<br />
β (2.16)<br />
⎝ 2 ⎠<br />
( 0.85<br />
f b c) d − β c + A′<br />
f ( d − d )<br />
urs<br />
= ′<br />
cd 1 ⎜<br />
1 ⎟ s yh<br />
β<br />
1=0.85;<br />
c = 中 立 軸 至 混 凝 土 最 外 受 壓 側 之 距 離 ;<br />
f<br />
cd<br />
= 0 . 8 f c<br />
′, f c<br />
′ = 混 凝 土 降 伏 強 度 ,<br />
kgf<br />
2 ;<br />
cm<br />
f<br />
yh<br />
= 主 筋 之 降 伏 強 度 ,<br />
kgf<br />
2 ;<br />
cm<br />
A′<br />
s<br />
= 壓 力 鋼 筋 之 斷 面 積 ;<br />
b = 柱 之 斷 面 寬 度 ;<br />
h = 柱 之 斷 面 深 度 ;<br />
d<br />
= 主 筋 至 柱 邊 之 長 度 (cm);<br />
d′ = 壓 力 鋼 筋 重 心 至 混 凝 土 壓 最 外 受 壓 側 之 距 離 。<br />
13
由 柱 頂 與 柱 底 兩 端 彎 矩 和 除 以 柱 之 長 度 , 可 得 所 對 應 之 剪 力 強 度 , 因<br />
柱 無 轉 換 斷 面 , 因 此 柱 頂 與 柱 底 之 彎 矩 相 同 , 吾 人 可 求 得 彎 矩 破 壞 之 等 效<br />
剪 力 強 度 , 如 下 :<br />
V<br />
cBrc<br />
[( 0.85 f<br />
cdbβ<br />
c)( d − 1 c) + A′<br />
s<br />
f<br />
yh<br />
( d − d ′<br />
1<br />
)]<br />
2φ<br />
1<br />
β<br />
=<br />
2<br />
L<br />
(2.17)<br />
其 中 ,<br />
φ = 折 減 係 數 ( 採 用 0.9);<br />
L = 柱 之 長 度 。<br />
(2) 單 一 RC 柱 剪 力 破 壞 強 度 之 計 算 方 式<br />
RC 柱 之 極 限 剪 力 強 度 計 算 方 式 , 如 下 :<br />
其 中 , V cc<br />
如 下 :<br />
cSrc<br />
( V V )<br />
V = φ +<br />
(2.18)<br />
cc<br />
cs<br />
為 混 凝 土 所 提 供 之 強 度 , V cs<br />
為 鋼 筋 所 提 供 之 強 度 , 可 分 別 計 算<br />
V<br />
= 0. f bd<br />
(2.19)<br />
cc<br />
53<br />
cd<br />
As<br />
f<br />
yhd<br />
Vcs = (2.20)<br />
s<br />
其 中 ,<br />
φ = 折 減 係 數 ( 採 用 0.85);<br />
f<br />
cd<br />
= 0 . 8 f c<br />
′, f c<br />
′ = 混 凝 土 降 伏 強 度 ,<br />
kgf<br />
2 ;<br />
cm<br />
A<br />
s<br />
= 箍 筋 在 間 距 s 斷 面 積 ;<br />
14
f<br />
yh<br />
= 剪 力 筋 之 降 伏 強 度 ,<br />
kgf<br />
2 ;<br />
cm<br />
s = 箍 筋 之 間 距 。<br />
分 析 時 , 於 軟 弱 層 RC 柱 無 轉 換 斷 面 之 情 況 下 , 單 一 RC 柱 ( 第 i 根 ) 可<br />
承 受 之 極 限 剪 力 強 度 Vci 須 考 慮 彎 矩 破 壞 之 剪 力 強 度 與 剪 力 破 壞 之 剪 力 強<br />
度 較 小 值 , 可 表 示 為<br />
ci<br />
( V V )<br />
V = min ,<br />
(2.21)<br />
cSrci<br />
cBrci<br />
因 此 , 吾 人 可 進 一 步 求 得 軟 弱 層 所 有 RC 柱 可 承 受 之 最 大 極 限 剪 力 強 度<br />
為<br />
n<br />
V c<br />
= ∑ =<br />
V<br />
1 ci<br />
(2.22)<br />
i<br />
其 中 ,n 為 樓 層 之 柱 量 。<br />
2.4.1.2 鋼 柱 之 極 限 剪 力 強 度<br />
根 據 鋼 骨 鋼 筋 混 凝 土 構 造 (SRC) 設 計 規 範 與 解 說 研 究 [17] 與 2001 年 鋼<br />
構 造 建 築 物 鋼 結 構 設 計 技 術 規 範 [19] 可 知 , 鋼 柱 彎 矩 破 壞 之 等 效 剪 力 強 度<br />
及 剪 力 破 壞 之 剪 力 強 度 計 算 方 式 為 :<br />
(1) 單 一 鋼 柱 彎 矩 破 壞 之 等 效 剪 力 強 度 計 算 方 式<br />
根 據 柱 斷 面 之 尺 寸 、 材 料 之 強 度 可 求 得 柱 之 彎 矩 強 度 如 下 :<br />
M<br />
us<br />
= φZf<br />
(2.23)<br />
y<br />
其 中 ,<br />
φ = 折 減 係 數 ( 採 用 0.9);<br />
f<br />
y<br />
= 鋼 骨 降 伏 強 度 ,<br />
kgf<br />
2 ;<br />
cm<br />
15
Z = 鋼 骨 斷 面 塑 性 模 數 。<br />
由 柱 頂 與 柱 底 兩 端 之 彎 矩 和 除 以 柱 之 長 度 (L) 可 得 所 對 應 之 剪 力 強 度 ,<br />
因 柱 無 轉 換 斷 面 , 因 此 柱 頂 與 柱 底 之 彎 矩 相 同 , 吾 人 可 求 得 彎 矩 破 壞 之 等<br />
效 剪 力 強 度 , 如 下 :<br />
彎 矩 破 壞 剪 力 強 度 V<br />
cBs<br />
2φZf<br />
y<br />
= (2.24)<br />
L<br />
(2) 單 一 鋼 柱 剪 力 破 壞 之 剪 力 強 度<br />
假 設 鋼 腹 板 達 到 剪 力 降 伏 前 不 會 發 生 局 部 挫 局 , 則 鋼 柱 之 剪 力 強 度 可<br />
以 鋼 腹 板 發 生 剪 力 降 伏 之 公 式 計 算 如 下 :<br />
V = 0.6φf<br />
A<br />
(2.25)<br />
cSs<br />
y<br />
cw<br />
其 中 ,<br />
φ = 折 減 係 數 ( 採 用 0.9);<br />
A<br />
cw<br />
= 鋼 骨 之 腹 板 斷 面 積 ,<br />
Acw = twd<br />
。<br />
分 析 時 , 於 軟 弱 層 鋼 柱 無 轉 換 斷 面 之 情 況 下 , 單 一 鋼 柱 ( 第 i 根 ) 可 承 受<br />
之 極 限 剪 力 強 度 , 須 考 慮 彎 矩 破 壞 之 剪 力 強 度 與 剪 力 破 壞 之 剪 力 強 度 較 小<br />
值 , 可 表 示 為<br />
c<br />
( V V )<br />
V = min ,<br />
(2.26)<br />
cSsi<br />
cBsi<br />
因 此 , 吾 人 可 進 一 步 求 得 軟 弱 層 所 有 鋼 柱 可 承 受 之 最 大 極 限 剪 力 強 度<br />
為<br />
n<br />
V c<br />
= ∑ =<br />
V<br />
1 ci<br />
(2.27)<br />
i<br />
其 中 ,n 為 樓 層 之 柱 量 。<br />
16
2.4.1.3 SRC 柱 之 極 限 剪 力 強 度<br />
根 據 鋼 骨 鋼 筋 混 凝 土 構 造 (SRC) 設 計 規 範 與 解 說 研 究 [17] 可 知 ,SRC( 鋼<br />
骨 鋼 筋 混 凝 土 ) 柱 彎 矩 破 壞 之 等 效 剪 力 強 度 及 剪 力 破 壞 之 剪 力 強 度 計 算 方<br />
式 可 將 第 2.4.1.1 節 與 第 2.4.1.2 節 所 介 紹 之 RC 柱 與 鋼 柱 之 極 限 剪 力 強 度<br />
計 算 結 果 疊 加 , 即 可 得 SRC 柱 之 極 限 剪 力 強 度 。<br />
(1) 單 一 SRC 柱 彎 矩 破 壞 之 等 效 剪 力 強 度 V<br />
cBsrc<br />
V = V + V<br />
(2.28)<br />
cBsrc<br />
cBrc<br />
cBs<br />
其 中 ,<br />
V<br />
cBrc<br />
為 單 一 RC 柱 彎 矩 破 壞 之 等 效 剪 力 強 度 ;<br />
V<br />
cBs<br />
為 單 一 鋼 柱 彎 矩 破 壞 之 等 效 剪 力 強 度 。<br />
(2) 單 一 SRC 柱 剪 力 破 壞 之 剪 力 強 度<br />
V = V + V<br />
(2.29)<br />
cSsrc<br />
cSrc<br />
cSs<br />
其 中 ,<br />
V<br />
cSrc<br />
為 單 一 RC 柱 剪 力 破 壞 之 等 效 剪 力 強 度 ;<br />
V<br />
cSs<br />
為 單 一 鋼 柱 剪 力 破 壞 之 等 效 剪 力 強 度 。<br />
分 析 時 , 於 軟 弱 層 鋼 柱 無 轉 換 斷 面 之 情 況 下 , 單 一 SRC 柱 ( 第 i 根 ) 可<br />
承 受 之 極 限 剪 力 強 度 , 須 考 慮 彎 矩 破 壞 之 剪 力 強 度 與 剪 力 破 壞 之 剪 力 強 度<br />
較 小 值 , 可 表 示 為<br />
c<br />
( V V )<br />
V = min ,<br />
(2.30)<br />
cSsrci<br />
cBsrci<br />
因 此 , 可 進 一 步 求 得 軟 弱 層 所 有 鋼 柱 可 承 受 之 最 大 極 限 剪 力 強 度 為<br />
17
n<br />
V c<br />
= ∑ =<br />
V<br />
1 ci<br />
(2.31)<br />
i<br />
其 中 ,n 為 樓 層 柱 量 。<br />
2.4.2 柱 有 轉 換 斷 面 之 極 限 剪 力 強 度<br />
柱 有 轉 換 斷 面 係 指 柱 構 材 由 兩 種 不 同 之 材 料 性 質 所 續 接 而 成 , 而 在 構<br />
材 斷 面 之 轉 換 續 接 界 面 會 有 應 力 集 中 之 情 形 , 因 此 計 算 極 限 剪 力 強 度 時 須<br />
乘 上 一 適 當 之 調 整 因 子 進 行 修 正 , 可 參 考 2.2 節 所 述 之 調 整 因 子 。<br />
柱 有 轉 換 斷 面 ( 圖 2.2) 之 情 況 下 , 其 彎 矩 破 壞 之 剪 力 強 度 及 剪 力 破 壞 之<br />
剪 力 強 度 計 算 方 式 為 :<br />
(1) 單 一 柱 彎 矩 破 壞 之 等 效 剪 力 強 度 V<br />
cB<br />
由 於 柱 上 、 下 兩 端 分 別 為 不 同 材 料<br />
或 尺 寸 之 柱 子 , 其 所 分 別 提 供 之 極 限 彎 矩 亦 不 相 同 , 因 此 分 析 時 取 柱 兩 端<br />
彎 矩 較 小 值 作 為 此 柱 所 能 承 受 之 最 大 彎 矩 強 度 , 可 表 示 如 下 :<br />
其 中 ,<br />
( )<br />
M = min M Pt<br />
, M Pb<br />
(2.32)<br />
M<br />
Pt<br />
= 柱 頂 端 之 彎 矩 ;<br />
M<br />
Pb<br />
= 柱 底 端 之 彎 矩 。<br />
由 柱 兩 端 之 彎 矩 和 除 以 柱 之 長 度 可 得 其 所 對 應 之 剪 力 強 度 如 下 :<br />
V 2M<br />
= cB h +<br />
(2.33)<br />
h<br />
1<br />
2<br />
其 中 , h 1<br />
、 h 2<br />
分 別 由 兩 種 不 同 材 料 性 質 之 柱 長 度 。<br />
(2) 單 一 柱 剪 力 破 壞 之 剪 力 強 度 由 於 柱 上 、 下 兩 端 分 別 為 不 同 材 料 或 尺 寸 之<br />
柱 子 , 其 所 分 別 提 供 之 極 限 剪 力 強 度 亦 不 相 同 , 因 此 分 析 時 取 柱 兩 端 極 限<br />
18
剪 力 強 度 較 小 者 作 為 此 柱 所 能 承 受 之 最 大 剪 力 強 度 , 可 表 示 如 下 :<br />
其 中 ,<br />
cS<br />
( V V )<br />
V = min ,<br />
(2.34)<br />
Pt<br />
Pb<br />
V<br />
Pt<br />
= 柱 頂 端 之 剪 力 ;<br />
V<br />
Pb<br />
= 柱 底 端 之 剪 力 。<br />
分 析 時 , 於 軟 弱 層 柱 有 轉 換 斷 面 之 情 況 下 , 單 一 柱 ( 第 i 根 ) 可 承 受 之 極<br />
限 剪 力 強 度 , 須 考 慮 彎 矩 破 壞 之 剪 力 強 度 與 剪 力 破 壞 之 剪 力 強 度 較 小 值 ,<br />
可 表 示 為<br />
c<br />
( V V )<br />
V = min ,<br />
(2.35)<br />
cSi<br />
cBi<br />
因 此 , 吾 人 可 進 一 步 求 得 軟 弱 層 所 有 柱 可 承 受 之 最 大 極 限 剪 力 強 度 為<br />
n<br />
V c<br />
= ∑ =<br />
V<br />
1 ci<br />
(2.36)<br />
i<br />
其 中 ,n 為 樓 層 柱 量 。<br />
2.4.3 牆 之 極 限 剪 力 強 度<br />
對 於 牆 之 剪 力 強 度 計 算 方 法 本 文 參 考 震 後 受 損 鋼 筋 混 凝 土 建 築 物 緊 急<br />
修 復 及 補 強 技 術 手 冊 [19] 與 鍾 立 來 博 士 之 中 小 學 典 型 耐 震 能 力 之 初 步 評 估<br />
相 關 文 獻 [3]。<br />
有 關 磚 造 牆 、RC 牆 之 極 限 剪 力 強 度 計 算 方 式 將 詳 述 於 以 下 各 節 。<br />
2.4.3.1 磚 造 牆 之 極 限 剪 力 強 度<br />
磚 造 牆 之 極 限 剪 力 強 度 可 由 磚 造 牆 之 極 限 平 均 剪 應 力 與 其 斷 面 積 而 求<br />
19
得 , 其 計 算 公 式 如 下 :<br />
V<br />
nwb<br />
= τ A<br />
(2.37)<br />
w<br />
w<br />
其 中 ,<br />
τ = 磚 造 牆 之 極 限 平 均 剪 應 力 ;<br />
w<br />
A = 磚 造 牆 之 斷 面 積 。<br />
w<br />
磚 造 牆 之 極 限 平 均 剪 應 力 τ<br />
w<br />
, 由 其 邊 界 條 件 之 不 同 , 可 分 為 兩 種 類 型 :<br />
1. 兩 側 有 柱 時 之 磚 造 牆 ( 圖 2.4), 平 均 剪 應 力 取 3kgf/cm 2 。<br />
2. 單 側 有 柱 時 之 磚 造 牆 ( 圖 2.5), 平 均 剪 應 力 取 1.5kgf/cm 2 。<br />
2.4.3.2 RC 牆 之 極 限 剪 力 強 度<br />
RC 牆 之 極 限 剪 力 強 度 可 由 RC 牆 之 極 限 時 平 均 剪 應 力 及 其 斷 面 積 而 求<br />
得 , 其 計 算 公 式 如 下 :<br />
V<br />
nwrc<br />
= τ A<br />
(2.38)<br />
w<br />
w<br />
其 中 ,<br />
τ = RC 牆 之 極 限 平 均 剪 應 力 ;<br />
w<br />
A = RC 牆 之 斷 面 積 。<br />
w<br />
RC 牆 之 極 限 平 均 剪 應 力 τ<br />
w<br />
, 由 其 邊 界 條 件 之 不 同 , 可 分 為 三 種 類 型 :<br />
1. 兩 側 有 柱 時 之 RC 牆 ( 圖 2.6), 平 均 剪 應 取 24kgf/cm 2 。<br />
2. 單 側 有 柱 時 之 RC 牆 ( 圖 2.7), 平 均 剪 應 取 16kgf/cm 2 。<br />
20
3. 兩 側 均 無 柱 時 之 RC 牆 ( 圖 2.8), 平 均 剪 應 取 8kgf/cm 2 。<br />
2.4.4 斜 撐 之 極 限 剪 力 強 度<br />
斜 撐 構 材 一 般 會 承 擔 大 部 份 因 地 震 造 成 之 樓 層 剪 力 [18], 尤 其 當 系 統 為<br />
非 二 元 系 統 時 更 是 如 此 , 因 此 斜 撐 構 材 之 強 度 是 否 能 健 全 的 發 展 , 對 結 構<br />
物 之 安 全 影 響 甚 大 。<br />
在 地 震 之 作 用 下 , 建 築 物 來 回 擺 動 , 因 此 斜 撐 構 材 會 反 復 承 受 拉 、 壓<br />
軸 力 , 因 此 , 斜 撐 之 破 壞 模 式 可 能 為 挫 屈 破 壞 ( 壓 力 破 壞 ) 亦 可 能 為 降 伏 破<br />
壞 ( 拉 力 破 壞 ), 因 此 分 析 時 , 須 先 判 斷 斜 撐 可 承 受 之 最 大 拉 力 與 壓 力 , 取<br />
其 小 值 作 為 斜 撐 之 破 壞 模 式 , 再 將 軸 力 轉 換 成 水 平 分 力 , 即 可 求 得 斜 撐 之<br />
極 限 剪 力 強 度 ( 圖 2.9)。<br />
根 據 2001 年 鋼 構 造 建 築 物 鋼 結 構 設 計 技 術 規 範 [19] 可 知 , 有 關 斜 撐 挫<br />
屈 破 壞 之 剪 力 強 度 及 降 伏 破 壞 之 剪 力 強 度 , 其 計 算 方 式 說 明 如 下 :<br />
(1) 單 一 斜 撐 挫 屈 破 壞 之 剪 力 強 度 計 算 方 式<br />
在 地 震 之 作 用 下 , 斜 撐 構 材 挫 屈 破 壞 之 剪 力 強 度 可 表 示 如 下 :<br />
2<br />
π EI<br />
V bB<br />
= φ cosθ<br />
(2.39)<br />
2<br />
h<br />
其 中 ,<br />
φ = 折 減 係 數 (=0.9);<br />
h = 斜 撐 構 件 長 度 ;<br />
E = 楊 氏 模 數 ;<br />
I = 慣 性 距 (cm 4 );<br />
θ = 角 度 , 斜 撐 構 件 與 梁 構 件 間 夾 角 。<br />
(2) 單 一 斜 撐 降 伏 破 壞 之 剪 力 強 度 計 算 方 式<br />
21
在 地 震 之 作 用 下 , 斜 撐 構 材 降 伏 破 壞 之 剪 力 強 度 可 表 示 如 下 :<br />
V = φf<br />
A cosθ<br />
(2.40)<br />
bY<br />
y<br />
g<br />
其 中 ,<br />
φ = 折 減 係 數 ( 採 用 0.9);<br />
f<br />
y<br />
= 降 伏 強 度 ;<br />
A<br />
g<br />
= 全 斷 面 積 。<br />
分 析 時 , 於 軟 弱 層 斜 撐 無 轉 換 斷 面 之 情 況 下 , 單 一 斜 撐 ( 第 k 根 ) 可 承 受<br />
之 極 限 剪 力 強 度 , 須 考 慮 挫 屈 破 壞 強 度 與 降 伏 破 壞 強 度 之 較 小 值 , 可 表 示<br />
為<br />
bk<br />
( V V )<br />
V = min ,<br />
bBk<br />
bYk<br />
(2.41)<br />
因 此 , 吾 人 可 進 一 步 求 得 軟 弱 層 所 有 斜 撐 可 承 受 之 最 大 極 限 剪 力 強 度<br />
為<br />
n<br />
V b<br />
= ∑ =<br />
V<br />
1 bk<br />
(2.42)<br />
k<br />
其 中 ,n 為 樓 層 斜 撐 量 。<br />
22
第 三 章 耐 震 能 力 初 步 評 估 方 法 之 實 例 分 析<br />
為 驗 証 本 文 提 出 之 高 科 技 廠 房 耐 震 能 力 初 步 評 估 方 法 之 合 理 性 , 本 文<br />
同 時 採 用 工 程 界 習 用 之 ETABS 軟 體 進 行 結 構 動 力 反 應 歷 時 分 析 , 藉 由 理 論<br />
分 析 與 初 評 結 果 之 比 對 作 為 檢 驗 。<br />
本 章 所 分 析 之 範 例 為 一 棟 八 樓 層 之 科 技 廠 房 ( 八 吋 晶 圓 廠 ), 其 結 構 型<br />
式 為 雙 疊 層 晶 圓 廠 房 (double fab),fab 層 分 置 於 三 樓 及 五 樓 。 為 進 一 步 了<br />
解 廠 房 軟 弱 層 對 耐 震 能 力 之 影 響 , 本 研 究 另 探 討 (1) 將 三 樓 Fab 層 以 同 等 斷<br />
面 之 柱 連 貫 其 上 下 樓 層 之 柱 位 ;(2) 將 三 樓 及 五 樓 Fab 層 以 同 等 斷 面 之 柱<br />
連 貫 其 上 下 樓 層 之 柱 位 。 針 對 此 三 種 不 同 類 型 之 結 構 , 分 別 探 討 評 估 結 果<br />
之 合 理 性 。 分 析 時 , 針 對 此 三 種 不 同 種 類 之 廠 房 選 擇 採 用 之 結 構 韌 性 容 量<br />
(R) 係 數 分 別 為 1.25、1.5 與 1.5。 此 外 , 建 築 物 耐 震 規 範 所 提 供 之 反 應 譜 為<br />
阻 尼 比 5% 之 結 果 , 實 際 上 鋼 結 構 之 阻 尼 比 往 往 小 於 5%, 因 此 , 本 章 也 考<br />
慮 結 構 阻 尼 比 為 2% 及 3% 之 條 件 進 行 分 析 。 評 估 程 序 首 先 須 求 出 廠 房 結 構<br />
每 樓 層 之 耐 震 指 標 , 並 以 耐 震 指 標 最 小 之 樓 層 為 該 結 構 之 整 體 耐 震 指 標 ,<br />
通 常 發 生 在 軟 弱 層 。 本 文 計 算 結 構 之 耐 震 需 求 時 , 分 別 考 慮 二 種 不 同 之 情<br />
況 :(1) 軟 弱 層 須 承 受 整 體 結 構 之 總 橫 力 ( 即 樓 層 剪 力 );(2) 軟 弱 層 只 須 承<br />
受 該 層 以 上 之 地 震 橫 力 總 和 ( 即 樓 層 剪 力 )。<br />
3.1 分 析 模 型<br />
CASE1( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
本 文 分 析 之 結 構 為 一 八 層 樓 之 疊 層 式 晶 圓 廠 房 , 其 生 產 區 之 無 塵 室 分<br />
別 位 於 三 樓 及 五 樓 , 如 圖 3.1 所 示 。 廠 房 結 構 之 平 面 長 度 為 110.4m, 寬 度<br />
為 86.4m, 總 樓 高 為 48.8m( 由 地 表 面 起 算 ), 佔 地 面 積 約 為 9540m 2 , 結<br />
23
構 型 式 從 地 面 至 三 樓 為 鋼 筋 混 凝 土 結 構 , 三 樓 以 上 則 為 鋼 骨 結 構 , 一 樓 與<br />
二 樓 設 置 有 剪 力 牆 。 分 析 模 型 所 考 慮 的 樓 層 重 量 , 除 結 構 本 身 自 重 外 , 還<br />
包 括 製 程 設 備 的 重 量 ( 呆 載 重 ) 及 考 慮 可 能 移 動 之 活 載 重 , 相 關 設 計 資 料 均<br />
由 業 主 所 提 供 。 結 構 系 統 之 韌 性 容 量 取 R=1.25。 本 文 採 用 結 構 有 限 元 素 分<br />
析 軟 體 ETABS 進 行 結 構 動 力 歷 時 分 析 。 廠 房 結 構 平 面 圖 及 三 維 立 體 分 析<br />
模 型 分 別 如 圖 3.2 及 圖 3.3 所 示 。CASE1 之 廠 房 模 型 立 面 圖 ( 短 向 ) 如 圖 3.4<br />
所 示 。<br />
CASE2( 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
廠 房 結 構 模 型 近 似 標 準 廠 房 , 但 軟 弱 層 位 於 五 樓 ( 將 CASE1 模 型 之 三 樓<br />
加 滿 柱 子 ), 結 構 系 統 之 韌 性 容 量 取 R=1.5。CASE2 之 廠 房 模 型 立 面 圖 ( 短<br />
向 ) 如 圖 3.5 所 示 。<br />
CASE3( 無 軟 弱 層 )<br />
廠 房 結 構 模 型 近 似 一 般 建 築 物 ( 將 CASE1 模 型 之 三 樓 及 五 樓 均 加 滿 柱<br />
子 ), 無 明 顯 之 軟 弱 層 結 構 系 統 , 其 韌 性 容 量 取 R=1.5。CASE3 之 廠 房 模<br />
型 立 面 圖 ( 短 向 ) 如 圖 3.6 所 示 。<br />
3.2 輸 入 擾 動 震 波<br />
我 國 建 築 物 耐 震 規 範 於 [17] 地 震 波 輸 入 方 面 , 要 求 至 少 應 取 與 阻 尼 比<br />
5% 之 反 應 譜 相 符 之 水 平 地 震 紀 錄 三 組 以 上 , 且 其 地 震 紀 錄 歷 時 能 確 切 反 映<br />
工 址 設 計 地 震 之 地 震 規 模 、 斷 層 距 離 與 震 源 效 應 。<br />
本 案 分 析 時 所 採 用 之 輸 入 震 波 為 利 用 921 地 震 時 ,TCU017( 竹 科 實 驗<br />
中 學 測 站 )、TCU096 與 TCUBAA 測 站 所 量 測 到 之 地 表 加 速 度 歷 時 紀 錄 ,<br />
分 別 以 其 東 - 西 向 與 南 - 北 向 的 地 震 紀 錄 作 為 基 準 , 共 模 擬 出 6 組 與 規 範 反<br />
24
應 譜 相 容 之 人 造 地 震 。 每 一 地 震 將 分 別 由 結 構 的 X 向 與 Y 向 輸 入 。 地 震 紀<br />
錄 之 加 速 度 歷 時 與 反 應 譜 如 圖 3.7 至 圖 3.12 所 示 , 其 中 地 震 之 取 樣 週 期 為<br />
0.005 秒 , 隨 後 進 行 非 線 性 動 力 歷 時 分 析 , 分 析 時 將 地 表 加 速 度 峰 值 (PGA)<br />
調 整 到 0.28g, 以 滿 足 規 範 要 求 之 設 計 地 震 強 度 。 廠 房 結 構 之 阻 尼 比 分 別<br />
考 慮 2%、3% 及 5% 進 行 分 析 。<br />
3.3 特 徵 分 析<br />
CASE1( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
本 結 構 前 三 個 模 態 之 振 動 週 期 分 別 為 0.83 sec、0.77 sec 與 0.61 sec,<br />
觀 察 其 前 三 個 振 態 模 式 可 知 , 第 一 振 態 為 Z 向 之 扭 轉 振 態 , 第 二 與 第 三 振<br />
態 分 別 為 X 向 與 Y 向 之 振 態 。<br />
CASE2( 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
本 結 構 前 三 個 模 態 之 振 動 週 期 分 別 為 0.81 sec、0.72 sec 與 0.56 sec,<br />
觀 察 其 前 三 個 振 態 模 式 可 知 , 第 一 振 態 為 Z 向 之 扭 轉 振 態 , 第 二 與 第 三 振<br />
態 分 別 為 X 向 與 Y 向 之 振 態 。<br />
CASE3( 無 軟 弱 層 )<br />
本 結 構 前 三 個 模 態 之 振 動 週 期 分 別 為 0.79 sec、0.72 sec 與 0.53 sec,<br />
觀 察 其 前 三 個 振 態 模 式 可 知 , 第 一 振 態 為 Z 向 之 扭 轉 振 態 , 第 二 與 第 三 振<br />
態 分 別 為 X 向 與 Y 向 之 振 態 。<br />
25
3.4 疊 層 式 晶 圓 廠 房 之 耐 震 性 能 計 算<br />
本 案 分 析 之 三 種 結 構 模 型 的 尺 寸 及 規 模 相 同 , 惟 CASE2 於 3 樓 額 外 加<br />
柱 ,CASE3 則 於 3 樓 及 5 樓 額 外 加 柱 。 結 構 之 標 稱 耐 震 容 量 (C) 之 計 算 是<br />
根 據 各 結 構 模 型 之 構 材 ( 柱 、 牆 及 斜 撐 ) 的 實 際 斷 面 尺 寸 及 配 筋 情 況 所 求<br />
得 。 結 構 之 耐 震 需 求 , 依 軟 弱 層 所 須 承 受 之 結 構 總 橫 力 ( 基 底 剪 力 ) 或 軟 弱<br />
層 上 方 之 總 橫 力 ( 樓 層 剪 力 ) 而 有 不 同 之 計 算 結 果 , 其 中 以 前 者 較 保 守 。 最<br />
後 , 再 根 據 廠 房 結 構 之 現 況 條 件 ( 柱 是 否 有 轉 換 斷 面 ) 給 予 適 當 的 修 正 因 子<br />
調 整 之 , 即 可 求 得 耐 震 指 標 (Is)。 驗 証 方 式 為 採 用 ETABS 軟 體 分 析 所 得 之<br />
樓 層 剪 力 計 算 結 構 之 耐 震 指 標 值 , 並 將 分 析 結 果 比 較 , 俾 便 瞭 解 初 評 方 法<br />
之 合 理 性 與 精 確 性 。<br />
3.4.1 結 構 之 耐 震 需 求 (D)<br />
本 案 例 位 於 新 竹 科 學 園 區 , 由 式 (2.5) 可 得 本 案 例 工 址 反 應 譜 係 數 之<br />
短 、 中 週 期 分 界 :<br />
T<br />
S<br />
0.52<br />
=<br />
0.7<br />
D D1<br />
0<br />
=<br />
=<br />
S<br />
DS<br />
0.74<br />
其 中 , S D1<br />
與 S<br />
Ds<br />
是 分 別 由 表 2.3 與 表 2.4 求 得 。<br />
三 種 分 析 模 型 分 別 依 規 範 之 經 驗 公 式 ( 式 2.8) 與 ETBAS 軟 體 特 徵 分 析<br />
所 得 之 兩 種 不 同 結 構 振 動 週 期 , 可 分 別 求 得 結 構 長 向 與 短 向 之 工 址 設 計 水<br />
平 譜 加 速 度 係 數 (SaD)m, 再 代 入 第 2.2 節 所 述 之 結 構 耐 震 需 求 計 算 方 式 ,<br />
即 可 求 得 結 構 每 樓 層 之 耐 震 需 求 。 此 外 , 建 築 物 耐 震 規 範 所 提 供 之 反 應 譜<br />
為 阻 尼 比 5% 之 結 果 , 事 實 上 , 鋼 結 構 之 阻 尼 比 往 往 小 於 5%。 因 此 , 本 文<br />
亦 針 對 結 構 阻 尼 比 為 2% 與 3% 之 廠 房 結 構 進 行 評 估 。<br />
CASE1( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
26
結 構 系 統 之 韌 性 容 量 取 1.25, 由 式 (2.9) 可 求 得 容 許 韌 性 容 量 如 下 :<br />
R a<br />
( R −1)<br />
= 1 + = 1.17<br />
1.5<br />
依 規 範 之 週 期 經 驗 公 式 ( 式 2.8) 可 求 得 結 構 長 向 及 短 向 週 期 皆 為<br />
1.29sec, 於 結 構 阻 尼 比 為 5% 之 條 件 下 , 結 構 長 向 之 工 址 設 計 水 平 譜 加 速<br />
度 係 數 (SaD)m 為 0.38。 當 結 構 之 阻 尼 比 為 3% 與 2% 時 , 經 由 表 2.6 可 分 別<br />
求 得 其 對 應 之 修 正 因 子 B1(3%)=0.87 及 B1(2%)=0.80, 再 由 式 (2.1) 可 分 別 求<br />
得 阻 尼 比 為 3% 與 2% 之 結 構 長 向 工 址 設 計 水 平 譜 加 速 度 係 數<br />
(SaD)m(3%)=0.41 及 (SaD)m(2%)=0.43。 由 於 工 址 設 計 水 平 譜 加 速 度 係 數 (SaD)m<br />
只 與 結 構 週 期 有 關 , 因 此 , 短 向 之 結 果 與 長 向 相 同 。<br />
若 由 ETABS 之 特 徵 分 析 , 可 求 得 結 構 長 向 與 短 向 之 週 期 分 別 0.77sec<br />
與 0.61sec。 結 構 於 阻 尼 比 為 5% 之 條 件 下 , 長 向 與 短 向 之 工 址 設 計 水 平 譜<br />
加 速 度 係 數 (SaD)m 分 別 為 0.53 與 0.53。 而 在 結 構 阻 尼 比 為 3% 與 2% 時 ,<br />
經 由 表 2.6 可 分 別 求 得 其 所 對 應 之 調 整 因 子 B1(3%)=0.87 及 B1(2%)=0.80,<br />
再 由 式 (2.1) 可 分 別 求 得 阻 尼 比 為 3% 與 2% 之 結 構 長 向 工 址 設 計 水 平 譜 加<br />
速 度 係 數 分 別 為 (SaD)m(3%)=0.57 與 (SaD)m(2%)=0.61。 同 理 , 可 求 得 結 構 短<br />
向 之 工 址 水 平 譜 加 速 度 係 數 分 別 為 (SaD)m(3%)=0.59 與 (SaD)m(2%)=0.62。<br />
CASE2( 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
結 構 系 統 之 韌 性 容 量 取 1.50, 由 式 (2.9) 可 求 得 容 許 韌 性 容 量 如 下 :<br />
R a<br />
( R −1)<br />
= 1 + = 1.33<br />
1.5<br />
依 規 範 之 週 期 經 驗 公 式 ( 式 2.8) 可 求 得 結 構 長 向 及 短 向 週 期 皆 為<br />
1.29sec, 於 結 構 阻 尼 比 為 5% 之 條 件 下 , 結 構 長 向 之 工 址 設 計 水 平 譜 加 速<br />
度 係 數 (SaD)m 可 求 得 為 0.40。 當 結 構 之 阻 尼 比 為 3% 與 2% 時 , 經 由 表 2.6<br />
可 分 別 求 得 其 對 應 之 修 正 因 子 B1(3%)=0.87 及 B1(2%)=0.80, 再 由 式 (2.1) 可<br />
分 別 求 得 阻 尼 比 3% 與 2% 之 結 構 長 向 工 址 設 計 水 平 譜 加 速 度 係 數 為<br />
27
(SaD)m(3%)=0.43 及 (SaD)m(2%)=0.45。 由 於 工 址 設 計 水 平 譜 加 速 度 係 數 (SaD)m<br />
只 與 結 構 週 期 有 關 , 因 此 , 短 向 之 結 果 與 長 向 相 同 。<br />
由 ETABS 之 特 徵 分 析 可 求 得 結 構 長 向 與 短 向 之 週 期 分 別 0.72sec 與<br />
0.56sec, 結 構 於 阻 尼 比 5% 之 條 件 下 , 長 向 與 短 向 之 工 址 設 計 水 平 譜 加 速<br />
度 係 數 (SaD)m 分 別 為 0.56 與 0.55。 而 在 結 構 阻 尼 比 為 3% 與 2% 時 , 經 由<br />
表 2.6 可 分 別 求 得 其 所 對 應 之 調 整 因 子 B1(3%)=0.87 及 B1(2%)=0.80, 再 由<br />
式 (2.1) 可 分 別 求 得 阻 尼 比 3% 與 2% 之 結 構 長 向 工 址 設 計 水 平 譜 加 速 度 係<br />
數 分 別 為 (SaD)m(3%)=0.61 與 (SaD)m(2%)=0.65, 同 理 可 求 得 結 構 短 向 之 工 址<br />
水 平 譜 加 速 度 係 數 分 別 為 (SaD)m(3%)=0.61 與 (SaD)m(2%)=0.64。<br />
CASE3( 無 軟 弱 層 )<br />
結 構 系 統 之 韌 性 容 量 取 1.50, 由 式 (2.9) 可 求 得 容 許 韌 性 容 量 如 下 :<br />
R a<br />
( R −1)<br />
= 1 + = 1.33<br />
1.5<br />
依 規 範 之 週 期 經 驗 公 式 ( 式 2.8) 可 求 得 結 構 長 向 及 短 向 週 期 皆 為<br />
1.29sec, 於 結 構 阻 尼 比 為 5% 之 條 件 下 , 結 構 長 向 之 工 址 設 計 水 平 譜 加 速<br />
度 係 數 (SaD)m 可 求 得 為 0.40。 當 結 構 之 阻 尼 比 為 3% 與 2% 時 , 經 由 表 2.6<br />
可 分 別 求 得 其 對 應 之 修 正 因 子 B1(3%)=0.87 及 B1(2%)=0.80, 再 由 式 (2.1) 可<br />
分 別 求 得 阻 尼 比 3% 與 2% 之 結 構 長 向 工 址 設 計 水 平 譜 加 速 度 係 數<br />
(SaD)m(3%)=0.43 及 (SaD)m(2%)=0.45。 由 於 工 址 設 計 水 平 譜 加 速 度 係 數 (SaD)m<br />
只 與 結 構 週 期 有 關 , 因 此 , 短 向 之 結 果 與 長 向 相 同 。<br />
由 ETABS 之 特 徵 分 析 可 求 得 結 構 長 向 與 短 向 之 週 期 分 別 0.72sec 與<br />
0.53sec, 結 構 於 阻 尼 比 5% 之 條 件 下 , 長 向 與 短 向 之 工 址 設 計 水 平 譜 加 速<br />
度 係 數 (SaD)m 分 別 為 0.56 與 0.55。 而 在 結 構 阻 尼 比 為 3% 與 2% 時 , 經 由<br />
表 2.6 可 分 別 求 得 其 所 對 應 之 調 整 因 子 B1(3%)=0.87 及 B1(2%)=0.80, 再 由<br />
式 (2.1) 可 分 別 求 得 阻 尼 比 3% 與 2% 之 結 構 長 向 工 址 設 計 水 平 譜 加 速 度 係<br />
28
數 分 別 為 (SaD)m(3%)=0.61 與 (SaD)m(2%)=0.65, 同 理 可 求 得 結 構 短 向 之 工 址<br />
水 平 譜 加 速 度 係 數 分 別 為 (SaD)m(3%)=0.61 與 (SaD)m(2%)=0.64。<br />
茲 將 結 構 耐 震 需 求 之 分 析 方 法 , 分 為 靜 力 分 析 ( 簡 易 評 估 方 法 ) 與 動 力<br />
分 析 (ETABS):<br />
靜 力 分 析<br />
由 2.2 節 所 介 紹 之 方 法 , 可 初 步 求 得 結 構 之 整 體 耐 震 需 求 , 再 依 結 構<br />
軟 弱 層 需 抵 抗 之 地 震 橫 力 情 況 之 不 同 考 量 分 成 兩 種 :<br />
( 一 ) 軟 弱 層 需 抵 抗 基 底 剪 力<br />
由 建 築 物 耐 震 規 範 之 靜 力 分 析 方 法 可 求 得 最 小 設 計 水 平 總 橫 力 如 下 :<br />
V<br />
I<br />
=<br />
1.4α<br />
y<br />
⎛ S<br />
⎜<br />
⎝ F<br />
aD<br />
u<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
m<br />
W<br />
(D) 為 :<br />
考 慮 結 構 之 軟 弱 層 須 承 受 最 大 之 基 底 剪 力 , 因 此 , 軟 弱 層 之 耐 震 需 求<br />
D = V<br />
( 二 ) 軟 弱 層 需 能 抵 抗 該 樓 層 之 剪 力 ( 即 其 上 方 樓 層 慣 性 力 之 和 )<br />
由 建 築 物 耐 震 規 範 之 靜 力 分 析 方 法 可 求 得 最 小 設 計 水 平 總 橫 力 如 下 :<br />
V<br />
I<br />
=<br />
1.4α<br />
y<br />
⎛ S<br />
⎜<br />
⎝ F<br />
aD<br />
u<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
m<br />
W<br />
再 依 豎 向 分 配 , 可 求 得 第 i 樓 層 所 承 受 之 橫 力 (Fi) 如 下 :<br />
F<br />
i<br />
W h<br />
i i<br />
=<br />
8<br />
∑ x = 1 x<br />
W h<br />
x<br />
V<br />
29
其 中 ,<br />
W<br />
i<br />
= 第 i 層 之 建 築 物 重 量 ;<br />
h<br />
i<br />
= 第 i 層 距 基 面 之 高 度 。<br />
考 慮 軟 弱 層 需 承 受 該 樓 層 上 方 之 地 震 橫 力 總 和 , 則 結 構 第 i 樓 層 之 耐<br />
震 需 求 (Di) 定 義 為 :<br />
D = F + F<br />
−<br />
+ L+<br />
F<br />
i<br />
N<br />
N<br />
1<br />
i<br />
其 中 , D 為 第 i 層 所 承 受 之 剪 力 ,N 為 結 構 總 數 樓 層 。<br />
i<br />
歷 時 分 析<br />
利 用 ETABS 軟 體 針 對 廠 房 結 構 進 行 歷 時 分 析 , 地 表 尖 峰 加 速 度 採 用<br />
PAG=0.28g, 以 滿 足 規 範 要 求 之 設 計 地 震 強 度 。 六 種 不 同 之 人 造 地 震 輸 入<br />
擾 動 將 分 別 由 結 構 的 X 向 與 Y 向 輸 入 。 廠 房 結 構 之 阻 尼 比 分 別 考 慮 2%、<br />
3% 及 5% 進 行 分 析 , 可 初 步 求 得 結 構 之 整 體 耐 震 需 求 , 再 依 結 構 軟 弱 層 需<br />
抵 抗 之 地 震 橫 力 情 況 之 不 同 考 量 分 成 兩 種 :<br />
( 一 ) 軟 弱 層 需 抵 抗 基 底 剪 力<br />
若 考 慮 結 構 之 軟 弱 層 須 承 受 最 大 之 基 底 剪 力 , 則 結 構 之 耐 震 需 求 (D)<br />
為 :<br />
D( 結 構 之 耐 震 需 求 )=∑<br />
N<br />
V j<br />
j=<br />
1<br />
其 中 Vj 為 第 j 樓 層 之 層 剪 力 , 可 由 ETABS 動 力 分 析 結 果 讀 出 。<br />
( 二 ) 軟 弱 層 需 能 抵 抗 該 樓 層 之 剪 力 ( 即 其 上 方 樓 層 慣 性 力 之 和 )<br />
若 考 慮 結 構 之 軟 弱 層 ( 第 i 層 ) 所 須 承 受 之 剪 力 為 軟 弱 層 上 方 樓 層 之 橫<br />
30
力 總 和 , 則 結 構 之 耐 震 需 求 (D) 為 :<br />
N<br />
D=∑V<br />
j=<br />
i<br />
j<br />
3.4.2 結 構 之 標 稱 耐 震 容 量 (C)<br />
僅 管 三 種 分 析 模 型 皆 為 八 層 樓 , 吾 人 只 檢 核 1 樓 至 5 樓 在 設 計 地 震 下<br />
是 否 會 產 生 破 壞 , 因 6 樓 以 上 之 載 重 較 輕 , 破 壞 層 發 生 在 6 樓 以 上 之 機 率<br />
不 大 , 因 此 未 將 其 結 果 列 入 。 耐 震 指 標 最 低 之 樓 層 即 為 該 結 構 之 軟 弱 層 。<br />
本 案 例 分 析 時 假 設 鋼 筋 及 混 凝 土 之 材 料 性 質 如 下 所 示 :<br />
混 凝 土 強 度 為 210<br />
kgf<br />
2<br />
cm<br />
鋼 骨 降 伏 強 度 為 2,800<br />
kgf<br />
2<br />
cm<br />
鋼 筋 降 伏 強 度 為 2,800<br />
kgf<br />
2<br />
cm<br />
三 種 分 析 模 型 其 1 樓 至 5 樓 標 稱 耐 震 容 量 之 計 算 分 別 說 明 如 下 :<br />
CASE1( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
本 案 例 每 層 樓 抵 抗 橫 力 之 構 件 形 式 各 不 相 同 , 一 樓 與 二 樓 是 利 用 RC 柱<br />
及 RC 牆 來 抵 抗 橫 力 ; 三 樓 是 以 RC 柱 、 鋼 柱 與 斜 撐 來 作 為 抵 抗 橫 力 之 構<br />
件 ; 四 樓 與 五 樓 之 抗 橫 力 構 件 為 鋼 柱 及 斜 撐 。 透 過 第 二 章 所 介 紹 之 各 抗 橫<br />
力 構 件 極 限 剪 力 計 算 方 式 , 可 求 得 結 構 長 向 與 短 向 之 標 稱 耐 震 容 量 , 其 結<br />
果 歸 納 於 表 3.1。<br />
CASE2( 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
本 案 例 每 層 樓 抵 抗 橫 力 之 構 件 形 式 各 不 相 同 , 一 樓 與 二 樓 是 利 用 RC<br />
柱 及 RC 牆 來 抵 抗 橫 力 ; 三 樓 是 以 RC 柱 、 鋼 柱 與 斜 撐 來 作 為 抵 抗 橫 力 之<br />
31
構 件 ; 四 樓 與 五 樓 之 抗 橫 力 構 件 為 鋼 柱 及 斜 撐 。 透 過 第 二 章 所 介 紹 之 各 抗<br />
橫 力 構 件 極 限 剪 力 計 算 方 式 , 可 求 得 結 構 長 向 與 短 向 之 標 稱 耐 震 容 量 , 其<br />
結 果 歸 納 於 表 3.2。<br />
CASE3( 無 軟 弱 層 )<br />
本 案 例 每 層 樓 之 抵 抗 橫 力 構 件 形 式 各 不 相 同 , 一 樓 與 二 樓 是 利 用 RC<br />
柱 及 RC 牆 來 抵 抗 橫 力 ; 三 樓 是 以 RC 柱 、 鋼 柱 與 斜 撐 來 作 為 抵 抗 橫 力 之<br />
構 件 ; 四 樓 與 五 樓 之 抗 橫 力 構 件 為 鋼 柱 及 斜 撐 。 透 過 第 二 章 所 介 紹 之 各 抗<br />
橫 力 構 件 極 限 剪 力 計 算 方 式 , 可 求 得 結 構 長 向 與 短 向 之 標 稱 耐 震 容 量 , 其<br />
結 果 歸 納 於 表 3.3。<br />
3.4.3 耐 震 指 標 之 分 析 結 果 比 較<br />
(a) 以 基 底 剪 力 為 耐 震 需 求 ( 靜 力 分 析 ; 結 構 週 期 依 規 範 經 驗 公 式 )<br />
表 3.4 歸 納 之 結 果 為 根 據 簡 易 耐 震 初 評 方 法 , 結 構 週 期 依 規 範 經 驗 公<br />
式 , 耐 震 需 求 考 慮 軟 弱 層 須 能 抵 抗 基 底 剪 力 的 條 件 所 計 算 之 耐 震 指 標 。 茲<br />
說 明 如 下 :<br />
1. CASE1( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 ) 之 結 果 顯 示 三 樓 為 軟 弱 層 , 無 論 所 考<br />
慮 之 阻 尼 比 為 何 , 結 構 在 長 向 及 短 向 耐 震 能 力 均 不 足 。<br />
2. CASE2( 五 樓 為 軟 弱 層 ) 之 結 果 顯 示 五 樓 為 軟 弱 層 , 惟 無 論 所 考 慮 之<br />
阻 尼 比 為 何 , 在 3F 以 柱 連 貫 其 上 、 下 樓 層 的 情 況 下 , 結 構 在 長 向 及<br />
短 向 耐 震 能 力 都 足 夠 。<br />
3. CASE3( 無 軟 弱 層 ) 之 結 果 顯 示 一 樓 為 軟 弱 層 , 但 結 構 有 足 夠 之 耐 震<br />
能 力 。<br />
(b) 以 基 底 剪 力 為 耐 震 需 求 ( 靜 力 分 析 ; 結 構 週 期 依 特 徵 分 析 之 第 一 振<br />
32
態 週 期 )<br />
表 3.5 歸 納 之 結 果 為 根 據 簡 易 耐 震 初 評 方 法 , 結 構 週 期 依 特 徵 分 析 之 第<br />
一 振 態 週 期 , 耐 震 需 求 考 慮 軟 弱 層 須 能 抵 抗 基 底 剪 力 的 條 件 所 計 算 之 耐 震<br />
指 標 。 茲 說 明 如 下 :<br />
1. 由 於 特 徵 分 析 結 果 顯 示 結 構 之 週 期 較 經 驗 公 式 估 算 者 短 , 因 此 耐 震<br />
需 求 較 先 前 之 估 算 結 果 增 加 。<br />
2. CASE1( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 ) 之 結 果 顯 示 三 樓 為 最 弱 層 , 且 無 論 所<br />
考 慮 之 阻 尼 比 為 何 , 結 構 在 長 向 及 短 向 耐 震 能 力 均 不 足 。<br />
3. CASE2( 五 樓 為 軟 弱 層 ) 之 結 果 顯 示 五 樓 為 最 弱 層 , 僅 管 耐 震 能 力 較<br />
CASE1( 原 始 雙 疊 層 廠 房 ) 提 升 , 但 無 論 所 考 慮 之 阻 尼 比 為 何 , 結 構<br />
之 耐 震 能 力 均 不 足 。<br />
4. CASE3( 無 軟 弱 層 ) 之 結 果 顯 示 一 樓 為 軟 弱 層 , 基 本 上 因 三 樓 及 5 樓<br />
以 柱 連 貫 補 強 而 無 最 弱 層 , 所 以 結 構 耐 震 能 力 足 夠 , 只 有 當 結 構 阻<br />
尼 比 為 2% 耐 震 能 力 略 顯 不 足 。<br />
(c) 以 樓 層 剪 力 為 耐 震 需 求 ( 靜 力 分 析 ; 結 構 週 期 依 規 範 經 驗 公 式 )<br />
表 3.6 歸 納 之 結 果 為 根 據 簡 易 耐 震 初 評 方 法 , 結 構 週 期 依 規 範 經 驗 公<br />
式 , 耐 震 需 求 考 慮 軟 弱 層 須 能 抵 抗 基 底 剪 力 的 條 件 所 計 算 之 耐 震 指 標 。 茲<br />
說 明 如 下 :<br />
1. 由 於 耐 震 能 力 檢 核 得 依 各 樓 層 對 應 之 層 剪 力 需 求 計 算 , 因 此 整 體 評<br />
估 結 果 顯 示 耐 震 能 力 較 先 前 提 升 。<br />
2. CASE1( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 ) 之 結 果 顯 示 三 樓 為 最 弱 層 , 但 除 了 阻<br />
尼 比 考 慮 為 2% 時 耐 震 能 力 略 微 不 足 外 , 基 本 之 結 構 之 耐 震 能 力 均 屬<br />
足 夠 。<br />
33
3. CASE2( 五 樓 為 軟 弱 層 ) 及 CASE3( 無 軟 弱 層 ) 之 結 果 顯 示 一 樓 為 最 弱<br />
層 , 但 無 論 阻 尼 比 為 何 結 構 之 耐 震 能 力 均 屬 足 夠 。<br />
(d) 以 樓 層 剪 力 為 耐 震 需 求 ( 靜 力 分 析 ; 結 構 週 期 依 特 徵 分 析 之 第 一 振<br />
態 週 期 )<br />
表 3.7 歸 納 之 結 果 為 根 據 簡 易 耐 震 初 評 方 法 , 結 構 週 期 依 特 徵 分 析 之 第<br />
一 振 態 週 期 , 耐 震 需 求 考 慮 軟 弱 層 須 能 抵 抗 基 底 剪 力 的 條 件 所 計 算 之 耐 震<br />
指 標 。 茲 說 明 如 下 :<br />
1. 由 於 特 徵 分 析 所 得 之 週 期 較 經 驗 公 式 估 算 者 短 , 因 此 耐 震 需 求 較 先<br />
前 之 估 算 結 果 增 加 。<br />
2. CASE1( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 ) 之 結 果 顯 示 三 樓 為 最 弱 層 , 且 除 了 阻<br />
尼 比 為 5% 時 結 構 短 向 之 耐 震 能 力 剛 好 足 夠 外 , 其 餘 條 件 下 結 構 耐 震<br />
能 力 均 不 足 。<br />
3. CASE2( 五 樓 為 軟 弱 層 ) 及 CASE3( 無 軟 弱 層 ) 之 結 果 顯 示 一 樓 為 最 弱<br />
層 , 且 無 論 所 考 慮 之 阻 尼 比 為 何 , 結 構 之 耐 震 能 力 均 足 夠 。<br />
綜 合 前 述 結 果 討 論 如 下 :<br />
1. 簡 易 耐 震 初 評 估 法 若 依 規 範 經 驗 公 式 計 算 結 構 週 期 時 , 會 因 高 估 結<br />
構 週 期 而 低 估 耐 震 需 求 。 因 此 , 未 來 若 採 用 本 研 究 提 出 之 方 法 進 行<br />
耐 震 初 評 時 , 須 考 慮 估 算 結 構 週 期 之 合 理 性 。 本 文 之 分 析 結 果 顯 示 ,<br />
若 採 用 T=N/10(sec) 之 經 驗 公 式 估 算 , 其 結 果 反 而 較 接 近 特 徵 分 析<br />
結 果 。<br />
2. 儘 管 耐 震 設 計 規 範 規 定 , 若 結 構 相 鄰 樓 層 之 勁 度 差 異 過 大 ( 例 如 有 軟<br />
弱 層 ) 時 , 其 軟 弱 層 應 能 抵 抗 結 構 之 基 底 剪 力 。 惟 此 設 計 要 求 在 檢 核<br />
耐 震 指 標 時 將 過 於 嚴 苛 , 建 議 採 用 本 研 究 之 耐 震 初 評 方 法 時 , 以 各<br />
34
樓 層 對 應 之 層 剪 力 為 耐 震 需 求 較 為 合 理 。<br />
3. 儘 管 耐 震 設 計 規 範 通 常 建 議 結 構 之 阻 尼 比 為 5%, 實 際 上 結 構 之 真 實<br />
阻 尼 比 很 少 達 到 5%。 建 議 以 2% 與 3% 分 析 較 能 反 應 真 實 狀 況 。<br />
(e) 以 基 底 剪 力 為 耐 震 需 求 ( 比 較 靜 力 分 析 與 動 力 分 析 ; 結 構 週 期 依 規<br />
範 經 驗 公 式 )<br />
表 3.8 歸 納 之 結 果 為 根 據 簡 易 耐 震 初 評 方 法 , 比 較 靜 力 分 析 與 動 力 分 析<br />
之 耐 震 指 標 , 結 構 週 期 依 規 範 經 驗 公 式 計 算 , 耐 震 需 求 考 慮 軟 弱 層 須 能 抵<br />
抗 基 底 剪 力 的 條 件 所 計 算 其 耐 震 指 標 。 茲 說 明 如 下 :<br />
1. 由 於 耐 震 指 標 依 靜 力 分 析 ( 簡 易 評 估 方 法 ) 計 算 , 因 此 整 體 評 估 結 果<br />
顯 示 耐 震 指 標 較 不 保 守 。<br />
2. CASE1( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 ) 之 結 果 顯 示 , 無 論 所 考 慮 之 阻 尼 比 為<br />
何 , 由 靜 力 分 析 ( 簡 易 評 估 方 法 ) 及 動 力 分 析 (ETABS) 之 結 構 在 長 向 及<br />
短 向 耐 震 能 力 均 不 足 。<br />
3. CASE2( 五 樓 為 軟 弱 層 ) 之 結 果 顯 示 , 無 論 所 考 慮 之 阻 尼 比 為 何 , 由<br />
靜 力 分 析 ( 簡 易 評 估 方 法 ) 之 結 構 在 長 向 及 短 向 耐 震 能 力 都 足 夠 。 而<br />
動 力 分 析 (ETABS) 之 結 構 在 長 向 及 短 向 耐 震 能 力 均 不 足 。<br />
4. CASE3( 無 軟 弱 層 ) 之 結 果 顯 示 , 由 靜 力 分 析 ( 簡 易 評 估 方 法 ) 及 動 力 分<br />
析 (ETABS) 之 結 構 有 足 夠 之 耐 震 能 力 。<br />
(f) 以 基 底 剪 力 為 耐 震 需 求 ( 比 較 靜 力 分 析 與 動 力 分 析 ; 結 構 週 期 依 特<br />
徵 分 析 之 第 一 振 態 週 期 )<br />
表 3.9 歸 納 之 結 果 為 根 據 簡 易 耐 震 初 評 方 法 , 比 較 靜 力 分 析 與 動 力 分 析<br />
之 耐 震 指 標 , 結 構 週 期 依 特 徵 分 析 之 第 一 振 態 週 期 , 耐 震 需 求 考 慮 軟 弱 層<br />
須 能 抵 抗 基 底 剪 力 的 條 件 計 算 其 耐 震 指 標 。 茲 說 明 如 下 :<br />
35
1. 由 於 靜 力 分 析 結 果 顯 示 結 構 之 週 期 較 經 驗 公 式 估 算 者 短 , 因 此 耐 震<br />
需 求 較 先 前 之 估 算 結 果 增 加 。<br />
2. 由 於 耐 震 指 標 依 靜 力 分 析 ( 簡 易 評 估 方 法 ) 計 算 , 因 此 整 體 評 估 結 果<br />
顯 示 耐 震 指 標 較 保 守 。<br />
3. 由 於 阻 尼 比 為 2% 與 3% 之 耐 震 指 標 依 靜 力 分 析 ( 簡 易 評 估 方 法 ) 與 動<br />
力 分 析 (ETABS) 結 果 顯 示 相 當 接 近 。<br />
4. CASE1( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 ) 之 結 果 顯 示 , 無 論 所 考 慮 之 阻 尼 比 為<br />
何 , 由 靜 力 分 析 ( 簡 易 評 估 方 法 ) 及 動 力 分 析 (ETABS) 之 結 構 在 長 向 及<br />
短 向 耐 震 能 力 均 不 足 。<br />
5. CASE2( 五 樓 為 軟 弱 層 ) 之 結 果 顯 示 , 儘 管 耐 震 能 力 較 CASE1( 三 樓 及<br />
五 樓 為 軟 弱 層 ) 提 升 , 但 無 論 所 考 慮 之 阻 尼 比 為 何 , 由 靜 力 分 析 ( 簡<br />
易 評 估 方 法 ) 及 動 力 分 析 (ETABS) 之 結 構 之 耐 震 能 力 均 不 足 。<br />
6. CASE3( 無 軟 弱 層 ) 之 結 果 顯 示 , 基 本 上 因 三 樓 及 五 樓 以 柱 連 貫 補 強<br />
而 無 軟 弱 層 , 所 以 結 構 耐 震 能 力 足 夠 , 除 了 靜 力 分 析 ( 簡 易 評 估 方 法 )<br />
之 結 構 阻 尼 比 為 2% 耐 震 能 力 略 顯 不 足 。<br />
(g) 以 樓 層 剪 力 為 耐 震 需 求 ( 比 較 靜 力 分 析 與 動 力 分 析 ; 結 構 週 期 依 規<br />
範 經 驗 公 式 )<br />
表 3.10 歸 納 之 結 果 為 根 據 簡 易 耐 震 初 評 方 法 , 比 較 靜 力 分 析 與 動 力 分<br />
析 之 耐 震 指 標 , 結 構 週 期 依 規 範 經 驗 公 式 , 耐 震 需 求 考 慮 軟 弱 層 須 能 抵 抗<br />
樓 層 剪 力 的 條 件 計 算 其 耐 震 指 標 。 茲 說 明 如 下 :<br />
1. 由 於 耐 震 能 力 檢 核 得 依 各 樓 層 對 應 之 層 剪 力 需 求 計 算 , 因 此 整 體 評<br />
估 結 果 顯 示 耐 震 能 力 較 先 前 提 升 。<br />
2. 由 於 耐 震 指 標 依 靜 力 分 析 ( 簡 易 評 估 方 法 ) 計 算 , 因 此 整 體 評 估 結 果<br />
顯 示 耐 震 指 標 較 不 保 守 。<br />
36
3. CASE1( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 ) 之 結 果 顯 示 , 但 除 了 阻 尼 比 考 慮 為 2%<br />
及 3% 時 耐 震 能 力 略 微 不 足 外 , 基 本 之 結 構 之 耐 震 能 力 均 屬 足 夠 。<br />
4. CASE2( 五 樓 為 軟 弱 層 ) 之 結 果 顯 示 , 但 除 了 動 力 分 析 之 阻 尼 比 為 2%<br />
時 耐 震 能 力 略 微 不 足 外 , 基 本 之 結 構 之 耐 震 能 力 均 屬 足 夠 。<br />
5. CASE3( 無 軟 弱 層 ) 之 結 果 顯 示 , 但 無 論 阻 尼 比 為 何 , 由 靜 力 分 析 ( 簡<br />
易 評 估 方 法 ) 及 動 力 分 析 (ETABS) 之 結 構 耐 震 能 力 均 屬 足 夠 。<br />
(h) 以 樓 層 剪 力 為 耐 震 需 求 ( 比 較 靜 力 分 析 與 動 力 分 析 ; 結 構 週 期 依 特<br />
徵 分 析 之 第 一 振 態 週 期 )<br />
表 3.11 歸 納 之 結 果 為 根 據 簡 易 耐 震 初 評 方 法 , 比 較 靜 力 分 析 與 動 力 分<br />
析 之 耐 震 指 標 , 結 構 週 期 依 特 徵 分 析 之 第 一 振 態 週 期 , 耐 震 需 求 考 慮 軟 弱<br />
層 須 能 抵 抗 樓 層 剪 力 的 條 件 計 算 其 耐 震 指 標 。 茲 說 明 如 下 :<br />
1. 由 於 靜 力 分 析 結 果 顯 示 結 構 之 週 期 較 經 驗 公 式 估 算 者 短 , 因 此 耐 震<br />
需 求 較 先 前 之 估 算 結 果 增 加 。<br />
2. 由 於 耐 震 指 標 依 靜 力 分 析 ( 簡 易 評 估 方 法 ) 計 算 , 因 此 整 體 評 估 結 果<br />
顯 示 耐 震 指 標 較 保 守 。<br />
3. 由 於 阻 尼 比 為 2% 與 3% 之 耐 震 指 標 依 靜 力 分 析 ( 簡 易 評 估 方 法 ) 與 動<br />
力 分 析 (ETABS) 結 果 顯 示 相 當 接 近 。<br />
4. CASE1( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 ) 之 結 果 顯 示 , 且 除 了 動 力 分 析 之 阻 尼<br />
比 為 5% 時 結 構 之 耐 震 能 力 足 夠 外 , 其 餘 條 件 下 結 構 耐 震 能 力 均 不<br />
足 。<br />
5. CASE2( 五 樓 為 軟 弱 層 ) 之 結 果 顯 示 , 且 除 了 動 力 分 析 之 阻 尼 比 為 2%<br />
時 結 構 之 耐 震 能 力 不 足 夠 外 , 其 餘 條 件 下 結 構 耐 震 能 力 均 足 夠 。<br />
6. 及 CASE3( 無 軟 弱 層 ) 之 結 果 顯 示 , 且 無 論 所 考 慮 之 阻 尼 比 為 何 , 結<br />
37
構 之 耐 震 能 力 均 足 夠 。<br />
綜 合 前 述 結 果 討 論 如 下 :<br />
1. 簡 易 耐 震 初 評 估 法 若 依 規 範 經 驗 公 式 計 算 結 構 週 期 時 , 會 因 高 估 結<br />
構 週 期 而 底 估 耐 震 需 求 。 因 此 , 未 來 若 採 用 本 研 究 提 出 之 方 法 進 行<br />
耐 震 初 評 時 , 須 考 慮 估 算 結 構 週 期 之 合 理 性 。 本 文 之 分 析 結 果 顯 示 ,<br />
若 採 用 T=N/10(sec) 之 經 驗 公 式 估 算 , 其 結 果 反 而 較 接 近 特 徵 分 析<br />
結 果 。<br />
2. 僅 管 耐 震 設 計 規 範 規 定 若 結 構 相 鄰 樓 層 之 勁 度 差 異 過 大 ( 例 如 有 軟<br />
弱 層 ) 時 , 其 軟 弱 層 應 能 抵 抗 結 構 之 基 底 剪 力 。 惟 此 須 設 計 要 求 在 檢<br />
核 耐 震 指 標 時 將 過 於 嚴 苛 , 建 議 採 用 本 研 究 之 耐 震 初 評 方 法 時 以 各<br />
樓 層 對 應 之 層 剪 力 為 耐 震 需 求 較 為 合 理 。<br />
3. 簡 易 耐 震 初 評 估 法 若 依 規 範 經 驗 公 式 計 算 結 構 週 期 , 且 分 析 方 法 依<br />
靜 力 分 析 時 , 會 高 估 整 體 結 構 耐 震 指 標 。<br />
4. 根 據 ETABS 軟 體 進 行 歷 時 分 析 ( 結 構 阻 尼 比 為 2% 與 3%) 之 結 果 , 與<br />
簡 易 耐 震 初 評 法 ( 結 構 阻 尼 比 為 2% 與 3%) 之 結 果 相 當 接 近 , 建 議 未<br />
來 應 用 簡 易 評 估 法 時 , 應 採 用 阻 尼 比 2% 與 3% 計 算 耐 震 需 求 較 為 合<br />
理 。<br />
5. 儘 管 耐 震 設 計 規 範 通 常 建 議 結 構 之 阻 尼 比 為 5%, 實 際 之 結 構 之 真 實<br />
阻 尼 比 很 少 達 到 5%。 建 議 以 2% 與 3% 分 析 較 能 會 真 實 狀 況 。<br />
38
第 四 章 高 科 技 廠 房 耐 震 補 強 效 益 評 估<br />
廠 房 經 過 耐 震 能 力 初 步 評 估 之 後 , 若 判 定 其 耐 震 能 力 確 有 疑 慮 , 則 應<br />
進 行 耐 震 補 強 。 本 章 將 探 討 應 用 金 屬 消 能 制 震 鈑 與 斜 撐 進 行 結 構 耐 震 補 強<br />
之 可 行 性 , 並 比 較 兩 種 補 強 方 式 之 優 缺 點 。 分 析 範 例 為 一 棟 八 層 樓 高 之 雙<br />
層 晶 圓 廠 房 (double fab), 增 設 金 屬 消 能 制 震 鈑 與 斜 撐 之 位 置 , 以 不 影 響 原<br />
結 構 設 計 與 功 能 的 前 提 下 配 置 , 僅 在 結 構 之 周 邊 構 架 。 金 屬 消 能 制 震 鈑 設<br />
計 參 數 是 依 金 屬 消 能 制 震 鈑 試 體 進 行 元 件 測 試 所 得 到 的 參 數 , 做 為 本 章 節<br />
金 屬 消 能 制 震 鈑 之 參 數 。 分 析 時 , 考 慮 廠 房 結 構 之 阻 尼 比 為 2%。<br />
4.1 分 析 模 型<br />
CASE4( 三 樓 至 五 樓 增 設 金 屬 制 震 鈑 )<br />
廠 房 結 構 模 型 為 疊 層 式 晶 圓 廠 房 , 由 於 廠 房 1 樓 至 2 樓 是 由 剪 力 牆 及<br />
密 佈 的 柱 子 所 構 成 , 故 剛 性 較 大 。 因 此 吾 人 考 慮 在 不 影 響 廠 房 之 生 產 條 件<br />
下 , 將 金 屬 消 能 制 震 鈑 安 裝 於 3 樓 至 5 樓 之 結 構 外 圍 構 架 ( 如 圖 4.1 所 示 ),<br />
以 提 升 結 構 之 耐 震 能 力 。 本 例 在 X 向 及 Y 向 分 別 安 裝 78 組 與 18 組 共 安<br />
裝 96 組 之 消 能 器 。<br />
CASE5( 三 樓 至 五 樓 增 設 鋼 斜 撐 )<br />
廠 房 結 構 模 型 與 CASE4( 三 樓 至 五 樓 增 設 金 屬 制 震 鈑 ) 相 同 , 但 改 與 鋼<br />
斜 撐 構 件 安 裝 於 3 樓 至 5 樓 的 結 構 外 圍 構 架 ( 如 圖 4.2 所 示 ), 以 提 升 結 構<br />
之 耐 震 能 力 。<br />
CASE6( 一 樓 至 五 樓 增 設 金 屬 制 震 鈑 )<br />
39
廠 房 結 構 模 型 為 疊 層 式 晶 圓 廠 房 , 由 於 地 震 力 的 傳 輸 路 徑 是 從 基 礎 由<br />
下 而 上 傳 遞 , 若 能 在 結 構 低 樓 層 部 分 即 將 地 震 能 量 消 除 , 整 體 結 構 之 防 震<br />
力 自 然 會 提 昇 , 因 此 吾 人 考 慮 將 金 屬 消 能 制 震 鈑 由 下 往 上 配 置 安 裝 於 1 樓<br />
至 5 樓 的 結 構 外 圍 構 架 ( 如 圖 4.3 所 示 ), 有 助 於 降 低 底 層 柱 的 剪 力 需 求 。<br />
本 例 總 共 安 裝 260 組 消 能 器 ,1 樓 與 2 樓 則 各 安 裝 40 組 消 能 器 ;3 樓 至 5<br />
樓 則 各 安 裝 60 組 消 能 器 。<br />
4.2 金 屬 消 能 制 震 鈑 之 元 件 測 試<br />
元 件 測 試 之 試 體<br />
本 文 元 件 測 試 所 使 用 之 金 屬 消 能 制 震 鈑 試 體 的 消 能 鈑 片 數 為 19 片 A36<br />
鋼 鈑 ( 標 稱 材 料 降 伏 應 力 為 0.0253tf/mm 2 ), 每 片 鈑 厚 12mm, 消 能 鈑 之 有<br />
效 高 度 為 190mm、 有 效 寬 度 為 250mm、 設 計 降 伏 位 移 2mm、 設 計 極 限<br />
剪 力 強 度 為 68ton, 設 計 尺 寸 詳 圖 , 如 圖 4.4 所 示 。<br />
元 件 測 試 之 試 驗 架 構<br />
制 震 鈑 元 件 測 試 之 試 驗 架 構 係 利 用 交 通 大 學 大 型 結 構 實 驗 室 之 反 力<br />
牆 、 強 力 地 鈑 及 一 根 200 噸 油 壓 致 動 器 等 設 備 , 配 合 固 定 制 震 鈑 之 鋼 構 架<br />
所 組 成 , 如 圖 4.5 所 示 。<br />
元 件 測 試 時 所 設 定 之 致 動 器 位 移 指 令 歷 時 如 圖 4.6 所 示 , 其 中 包 含<br />
5mm、10mm 及 15mm、20mm 及 25mm 等 五 種 不 同 振 幅 , 由 小 至 大 ,<br />
每 一 振 幅 以 三 次 循 環 進 行 測 試 。 致 動 器 之 位 移 加 載 速 率 為 0.2mm/sec, 資<br />
料 擷 取 系 統 之 取 樣 週 期 設 定 為 0.2sec, 測 試 全 程 時 間 約 75 min.。<br />
元 件 測 試 結 果<br />
根 據 制 動 器 衝 程 位 移 及 出 力 所 建 立 之 遲 滯 迴 圈 如 圖 4.7 (a) 所 示 , 遲 滯<br />
40
迴 圈 相 當 飽 滿 , 顯 示 其 消 能 的 能 力 十 分 良 好 。 此 外 , 制 震 鈑 的 最 大 出 力 約<br />
為 72.6 噸 , 最 大 位 移 為 2.5cm, 且 同 振 幅 之 遲 滯 迴 圈 幾 乎 重 合 , 顯 示 其 性<br />
能 十 分 穩 定 。 圖 5 為 鋼 鈑 受 力 變 形 的 照 片 , 每 片 制 震 鈑 的 變 形 曲 率 均 相 當<br />
一 致 且 具 有 良 好 的 韌 性 , 制 震 鈑 依 然 保 持 完 整 並 無 斷 裂 的 現 象 。 圖 4.7 (b)<br />
為 USD 制 震 鈑 之 勁 度 迴 歸 曲 線 , 試 驗 所 得 之 初 始 勁 度 k1 為 12.23 tf/mm, 降<br />
伏 後 之 勁 度 k2 為 1.18 tf/mm, 勁 度 比 (α) 約 為 0.1。<br />
元 件 測 試 結 果 與 理 論 值 之 比 較<br />
如 下 :<br />
一 組 由 N 片 平 行 並 排 的 X 形 鋼 鈑 所 組 成 之 制 震 鈑 , 其 彈 性 勁 度 可 計 算<br />
K d<br />
3<br />
2NEBt<br />
= ψ<br />
(4.1)<br />
3<br />
3h<br />
其 中 ,ψ 為 勁 度 修 正 因 子 , 根 據 先 前 之 研 究 顯 示 ,USD 制 震 版 之 ψ =0.75。<br />
金 屬 消 能 制 震 鈑 之 細 部 尺 寸 如 表 4.1 所 示 , 利 用 公 式 (4.1) 計 算 制 震 鈑 理<br />
論 之 彈 性 勁 度 Kd 為 12.21 tf/mm。 本 案 試 驗 所 得 之 勁 度 值 為 K1=12.23<br />
tf/mm, 誤 差 僅 為 2% 左 右 , 小 於 規 範 容 許 之 ± 15% 誤 差 。<br />
4.3 輸 入 擾 動 震 波<br />
本 案 分 析 時 所 採 用 之 輸 入 震 波 為 利 用 921 地 震 時 , 接 近 工 址 附 近 的<br />
TCU017、TCU096 與 TCUBAA 測 站 所 量 測 到 之 地 表 加 速 度 歷 時 紀 錄 , 分<br />
別 以 其 東 - 西 向 與 南 - 北 向 的 地 震 紀 錄 作 為 基 準 , 共 模 擬 出 6 組 與 規 範 反 應<br />
譜 相 容 之 人 造 地 震 。 每 一 地 震 將 分 別 由 結 構 的 X 向 與 Y 向 輸 入 。 地 震 紀 錄<br />
加 速 度 歷 時 與 反 應 譜 , 如 圖 3.7~ 圖 3.12 所 示 , 其 中 地 震 採 樣 步 幅 為 0.005<br />
秒 , 採 最 接 近 結 構 動 力 特 性 之 非 線 性 歷 時 分 析 法 進 行 , 分 析 時 將 地 表 加<br />
速 度 峰 值 (PGA) 調 整 到 0.28g, 以 滿 足 規 範 要 求 的 設 計 地 震 強 度 , 而 廠<br />
房 結 構 阻 尼 比 2% 之 情 況 下 進 行 分 析 。<br />
41
4.4 特 徵 分 析<br />
CASE4(3 樓 至 5 樓 增 設 金 屬 制 震 鈑 )<br />
本 結 構 前 三 個 模 態 之 振 動 週 期 分 別 為 0.81 sec、0.73 sec 與 0.60sec,<br />
而 觀 察 其 前 三 個 振 態 形 狀 可 發 現 , 第 一 振 態 為 Z 向 的 扭 轉 振 態 , 而 第 二 個<br />
與 第 三 個 振 態 分 別 為 X 向 與 Y 向 之 振 態 。<br />
CASE5(3 樓 至 5 樓 增 設 斜 撐 )<br />
本 結 構 前 三 個 模 態 之 振 動 週 期 分 別 為 0.78 sec、0.67 sec 與 0.59 sec,<br />
而 觀 察 其 前 三 個 振 態 形 狀 可 發 現 , 第 一 振 態 為 Z 向 的 扭 轉 振 態 , 而 第 二 個<br />
與 第 三 個 振 態 分 別 為 X 向 與 Y 向 之 振 態 。<br />
CASE6(1 樓 至 5 樓 增 設 金 屬 制 震 鈑 )<br />
本 結 構 前 三 個 模 態 之 振 動 週 期 分 別 為 0.79 sec、0.72 sec 與 0.58 sec,<br />
而 觀 察 其 前 三 個 振 態 形 狀 可 發 現 , 第 一 振 態 為 Z 向 的 扭 轉 振 態 , 而 第 二 個<br />
與 第 三 個 振 態 分 別 為 X 向 與 Y 向 之 振 態 。<br />
4.5 增 設 金 屬 制 震 鈑 與 斜 撐 加 勁 之 耐 震 潛 能 評 估<br />
本 案 中 增 設 金 屬 制 震 鈑 與 斜 撐 之 可 行 性 評 估 , 採 最 接 近 結 構 動 力 特 性<br />
之 非 線 性 歷 時 分 析 法 進 行 , 分 析 時 皆 將 地 表 加 速 度 峰 值 (PGA) 調 整 到<br />
0.28g 藉 以 評 估 其 耐 震 潛 能 , 而 在 廠 房 結 構 阻 尼 比 為 2% 之 條 件 下 進 行 分<br />
析 。<br />
42
4.5.1 樓 層 位 移 評 估<br />
吾 人 考 慮 以 六 種 不 同 之 人 造 地 震 作 為 輸 入 擾 動 地 震 , 分 別 以 X 及 Y 方<br />
向 輸 入 於 結 構 , 進 行 裝 設 制 震 鈑 或 斜 撐 之 結 構 位 移 反 應 比 較 。<br />
(1) 由 CASE4( 三 樓 至 五 樓 增 設 金 屬 制 震 鈑 ) 之 各 樓 層 位 移 反 應 結 果 歸 納 於<br />
表 4.2 顯 示 , 在 六 種 不 同 之 人 造 地 震 X 方 向 有 不 錯 之 減 震 效 果 , 最 大<br />
可 達 30% 之 折 減 率 。 而 Y 方 向 減 震 效 果 並 不 明 顯 , 可 能 原 因 為 Y 方 向<br />
制 震 鈑 之 組 數 不 足 , 故 無 法 發 揮 有 效 之 折 減 效 果 。<br />
(2) 由 CASE5( 三 樓 至 五 樓 增 設 斜 撐 ) 之 各 樓 層 位 移 反 應 結 果 歸 納 於 表 4.3<br />
顯 示 , 在 X 方 向 裝 設 斜 撐 之 結 構 與 裝 設 制 震 鈑 可 發 揮 相 同 之 折 減 效<br />
果 , 而 在 Y 方 向 裝 設 制 震 鈑 之 結 構 明 顯 地 較 裝 設 斜 撐 之 效 果 佳 。<br />
(3) 由 CASE6( 一 樓 至 五 樓 增 設 金 屬 制 震 鈑 ) 之 各 樓 層 位 移 反 應 結 果 歸 納 於<br />
表 4.4 顯 示 , 在 六 種 不 同 之 人 造 地 震 作 用 下 ,X 方 向 可 有 不 錯 之 減 震<br />
效 果 , 最 大 可 達 34% 之 折 減 率 。 而 Y 方 向 減 震 效 果 除 了 TCU096-EW<br />
外 , 其 餘 減 震 效 果 並 不 明 顯 。<br />
(4) 由 表 4.2 與 表 4.4 之 結 果 , 可 發 現 其 減 震 效 果 相 差 不 大 , 其 原 因 為<br />
CASE6( 一 樓 至 五 樓 增 設 金 屬 制 震 鈑 ) 消 能 面 積 較 小 。 考 慮 制 震 鈑 只 裝<br />
外 圍 之 情 況 下 ,CASE4( 三 樓 至 五 樓 增 設 金 屬 制 震 鈑 ) 之 安 裝 方 式 , 已<br />
可 發 揮 最 佳 之 減 震 效 果 。<br />
4.5.2 樓 層 加 速 度 反 應 評 估<br />
採 用 ETABS 軟 體 對 結 構 模 型 進 行 動 力 分 析 , 分 析 時 將 地 表 加 速 度 峰 值<br />
(PGA) 整 到 0.28g, 而 廠 房 結 構 阻 尼 比 2% 情 況 下 , 進 行 裝 設 制 震 鈑 結 構 與<br />
斜 撐 加 勁 之 各 樓 層 加 速 度 結 果 比 較 評 估 。<br />
(1) 由 CASE4( 三 樓 至 五 樓 增 設 金 屬 制 震 鈑 ) 之 樓 層 加 速 度 峰 值 結 果 歸 納 於<br />
表 4.5 顯 示 ,X 方 向 與 Y 方 向 各 樓 層 大 多 都 有 不 錯 之 減 震 效 果 。 此 外 ,<br />
43
根 據 系 統 識 別 (MIMO 模 式 )[8] 可 得 X 方 向 與 Y 方 向 之 等 效 阻 尼 比 ,X<br />
方 向 之 等 效 阻 尼 比 由 原 本 結 構 之 2% 提 升 至 4.28%;Y 方 向 之 等 效 阻 尼<br />
比 由 原 本 結 構 之 2% 提 升 至 2.22%。 由 此 可 知 , 增 設 金 屬 制 震 鈑 確 實 可<br />
幫 助 結 構 消 散 能 量 , 提 升 結 構 之 耐 震 能 力 。<br />
(2) 由 CASE5( 三 樓 至 五 樓 增 設 斜 撐 ) 之 樓 層 加 速 度 峰 值 結 果 歸 納 於 表 4.6<br />
顯 示 , 各 樓 層 加 速 度 峰 值 之 減 震 效 果 不 佳 , 乃 因 只 提 供 結 構 勁 度 之 增<br />
加 , 而 對 於 提 升 結 構 阻 尼 之 幫 助 有 限 , 因 此 , 減 震 效 果 並 不 好 。<br />
(3) 由 CASE6( 一 樓 至 五 樓 增 設 金 屬 制 震 鈑 ) 之 樓 層 加 速 度 峰 值 結 果 歸 納 於<br />
表 4.7 顯 示 ,X 方 向 與 Y 方 向 各 樓 層 大 多 都 有 不 錯 之 減 震 效 果 。 此 外 ,<br />
根 據 系 統 識 別 (MIMO 模 式 )[8] 可 得 X 方 向 與 Y 方 向 之 等 效 阻 尼 比 ,X<br />
方 向 之 等 效 阻 尼 比 由 原 本 結 構 之 2% 提 升 至 3.71%;Y 方 向 之 等 效 阻 尼<br />
比 由 原 本 結 構 之 2% 提 升 至 2.32%。 由 此 可 知 , 增 設 金 屬 制 震 鈑 確 實 可<br />
幫 助 結 構 消 散 能 量 , 提 升 結 構 之 耐 震 能 力 。<br />
(4) 由 表 4.5 與 表 4.7 之 結 果 , 可 發 現 其 減 震 效 果 相 差 不 大 , 其 原 因 為<br />
CASE6( 一 樓 至 五 樓 增 設 金 屬 制 震 鈑 ) 消 能 面 積 較 小 。 考 慮 制 震 鈑 只 裝<br />
外 圍 之 情 況 下 ,CASE4( 三 樓 至 五 樓 增 設 金 屬 制 震 鈑 ) 之 安 裝 方 式 , 已<br />
可 發 揮 最 佳 之 減 震 效 果 。<br />
4.5.3 樓 層 柱 剪 力 評 估<br />
取 結 構 最 外 圍 柱 (C1) 在 不 同 輸 入 地 震 擾 動 之 結 構 受 震 反 應 樓 層 柱 剪 力<br />
結 果 比 較 。<br />
(1) 由 CASE4( 三 樓 至 五 樓 增 設 金 屬 制 震 鈑 ) 之 樓 層 柱 剪 力 結 果 歸 納 於 表<br />
4.8 顯 示 , 在 六 種 不 同 之 人 造 地 震 X 方 向 有 不 錯 之 減 震 效 果 , 最 大 可<br />
達 54% 之 折 減 率 。 而 Y 方 向 減 震 效 果 並 不 明 顯 , 可 能 原 因 為 Y 方 向<br />
制 震 鈑 之 組 數 不 足 , 故 無 法 發 揮 有 效 之 折 減 效 果 。<br />
(2) 由 CASE5( 三 樓 至 五 樓 增 設 斜 撐 ) 之 樓 層 柱 剪 力 結 果 歸 納 於 表 4.9 顯<br />
44
示 , 各 樓 層 加 速 度 峰 值 之 減 震 效 果 不 佳 , 乃 因 只 提 供 結 構 勁 度 之 增 加 ,<br />
而 對 於 提 升 結 構 阻 尼 之 幫 助 有 限 , 因 此 , 減 震 效 果 並 不 好 。<br />
(3) 由 CASE6( 一 樓 至 五 樓 增 設 金 屬 制 震 鈑 ) 之 樓 層 柱 剪 力 結 果 歸 納 於 表<br />
4.10 顯 示 , 在 六 種 不 同 之 人 造 地 震 X 方 向 有 不 錯 之 減 震 效 果 , 最 大 可<br />
達 45% 之 折 減 率 。 而 Y 方 向 減 震 效 果 除 了 TCU096-EW 外 , 其 餘 減 震<br />
效 果 並 不 明 顯 。<br />
4.5.4 金 屬 制 震 鈑 極 限 強 度 檢 核<br />
針 對 增 設 金 屬 制 震 鈑 之 模 型 (CASE4), 地 震 加 速 度 PGA=0.28g 之 作<br />
用 下 , 檢 核 制 震 鈑 之 受 力 情 形 :<br />
CASE4<br />
由 3 樓 至 5 樓 之 金 屬 制 震 鈑 之 受 力 情 形 歸 納 於 表 4.11 至 表 表 4.13。 結<br />
果 顯 示 ,3 樓 至 5 樓 層 制 震 鈑 (Link25 與 Link3) 之 剪 力 都 可 以 滿 足 設 計 之<br />
要 求 , 極 限 剪 力 維 持 在 75t 之 內 。 圖 4.10~ 圖 4.15 為 3 樓 制 震 鈑 (Link25<br />
與 Link3) 之 遲 滯 迴 圈 , 分 析 結 果 顯 示 其 行 為 與 預 期 之 雙 線 性 行 為 相 當 接<br />
近 , 且 受 力 之 行 為 亦 相 當 穩 定 。<br />
45
第 五 章 結 論 與 建 議<br />
本 研 究 內 容 主 要 包 括 :(1) 發 展 一 套 高 科 技 廠 房 耐 震 能 力 初 步 評 估 方<br />
法 ;(2) 探 討 應 用 消 能 器 於 高 科 技 廠 房 耐 震 補 強 之 可 行 性 。 由 於 高 科 技 廠 房<br />
之 結 構 系 統 有 別 於 一 般 結 構 , 廠 房 結 構 因 無 塵 室 之 設 計 , 導 致 結 構 有 軟 弱<br />
層 之 產 生 , 地 震 時 結 構 恐 有 嚴 重 損 壞 或 崩 塌 之 虞 , 因 此 , 本 文 遂 針 對 高 科<br />
技 廠 房 , 量 身 訂 製 一 耐 震 能 力 初 步 評 估 方 法 。 此 外 , 本 文 亦 採 用 ETABS<br />
軟 體 進 行 廠 房 結 構 之 非 線 性 動 力 歷 時 分 析 , 藉 由 結 構 分 析 結 果 之 比 對 , 檢<br />
驗 初 步 評 估 方 法 結 果 之 合 理 性 。 茲 根 據 耐 震 能 力 初 步 評 估 方 法 之 實 例 分 析<br />
結 果 , 歸 納 之 結 論 如 下 :<br />
1. 根 據 三 種 不 同 類 型 之 廠 房 結 構 進 行 耐 震 能 力 評 估 , 考 慮 軟 弱 層 須 承 受<br />
結 構 最 大 基 底 剪 力 之 結 果 顯 示 , 疊 層 式 晶 圓 廠 房 之 最 弱 層 位 於 下 層 無<br />
塵 室 ; 標 準 晶 圓 廠 房 之 最 弱 層 位 於 無 塵 室 之 樓 層 ; 一 般 結 構 之 最 弱 層<br />
位 於 1 樓 。<br />
2. 根 據 三 種 不 同 類 型 之 廠 房 結 構 進 行 耐 震 能 力 評 估 , 考 慮 軟 弱 層 需 能 抵<br />
抗 該 樓 層 剪 力 ( 即 其 上 方 樓 層 慣 性 力 之 和 ) 之 結 果 顯 示 , 疊 層 式 晶 圓 廠<br />
房 之 最 弱 層 同 樣 位 於 下 層 無 塵 室 ; 標 準 晶 圓 廠 房 之 最 弱 層 則 位 於 1<br />
樓 ; 一 般 結 構 之 軟 弱 層 同 樣 亦 位 於 1 樓 。<br />
3. 簡 易 耐 震 初 評 估 法 若 依 規 範 經 驗 公 式 計 算 結 構 週 期 時 , 會 因 高 估 結 構<br />
週 期 而 底 估 耐 震 需 求 。 因 此 , 未 來 若 採 用 本 研 究 提 出 之 方 法 進 行 耐 震<br />
初 評 時 , 須 考 慮 估 算 結 構 週 期 之 合 理 性 。 本 文 之 分 析 結 果 顯 示 , 若 採<br />
用 T=N/10(sec) 之 經 驗 公 式 , 其 估 算 結 果 反 而 較 接 近 特 徵 分 析 之 結 果 。<br />
4. 儘 管 耐 震 設 計 規 範 規 定 , 若 結 構 相 鄰 樓 層 之 勁 度 差 異 過 大 ( 例 如 有 軟 弱<br />
層 ) 時 , 其 軟 弱 層 應 能 抵 抗 結 構 之 基 底 剪 力 。 惟 此 須 設 計 要 求 在 檢 核 耐<br />
震 指 標 時 將 過 於 嚴 苛 , 建 議 採 用 本 研 究 之 耐 震 初 評 方 法 時 , 以 各 樓 層<br />
對 應 之 層 剪 力 為 耐 震 需 求 較 為 合 理 。<br />
46
5. 本 文 拫 據 ETABS 軟 體 進 行 歷 時 分 析 ( 結 構 阻 尼 比 為 2% 與 3%) 之 結<br />
果 , 與 簡 易 耐 震 初 評 法 ( 結 構 阻 尼 比 為 2% 與 3%) 之 結 果 相 當 接 近 , 建<br />
議 未 來 應 用 簡 易 評 估 法 時 , 應 採 用 阻 尼 比 2% 與 3% 計 算 耐 震 需 求 。<br />
6. 比 較 三 種 不 同 類 型 之 結 果 可 知 , 其 耐 震 指 標 值 之 大 小 依 序 為 一 般 結 構<br />
> 標 準 晶 圓 廠 房 > 疊 層 晶 圓 廠 房 。<br />
高 科 技 廠 房 耐 震 補 強 方 面 , 本 文 提 出 應 用 金 屬 消 能 制 震 鈑 及 斜 撐 系 統<br />
對 耐 震 能 力 不 足 之 結 構 進 行 加 勁 補 強 , 並 比 較 兩 種 補 強 方 式 之 優 缺 點 。 藉<br />
由 ETBAS 三 維 結 構 動 力 歷 時 分 析 所 得 之 結 果 , 可 歸 納 結 論 如 下 :<br />
1. 應 用 金 屬 消 能 制 震 鈑 對 高 科 技 廠 房 進 行 耐 震 能 力 補 強 , 確 實 可 幫 助 結<br />
構 消 散 能 量 , 提 升 結 構 之 耐 震 能 力 。<br />
2. 由 各 樓 層 加 速 度 峰 值 之 結 果 顯 示 , 採 用 斜 撐 對 高 科 技 廠 房 進 行 耐 震 能<br />
力 補 強 , 因 只 提 增 加 構 勁 度 , 對 於 結 構 阻 尼 之 提 升 幫 助 有 限 , 減 震 效<br />
果 並 不 理 想 。<br />
3. 針 對 一 棟 八 層 樓 高 之 雙 層 晶 圓 廠 房 做 耐 震 補 強 , 應 用 金 屬 消 能 制 震 鈑<br />
及 斜 撐 系 統 進 行 動 力 分 析 結 果 顯 示 , 結 構 之 X 方 向 有 不 錯 之 減 震 效<br />
果 , 而 Y 方 向 減 震 效 果 並 不 明 顯 , 顯 示 雙 層 晶 圓 廠 房 必 須 針 對 結 構 系<br />
統 做 較 大 幅 度 的 改 善 , 才 能 確 保 其 耐 震 能 力 之 提 升 。<br />
47
建 議<br />
針 對 本 文 對 高 科 技 廠 房 耐 震 能 力 初 步 評 估 方 法 仍 有 未 盡 之 處 , 提 供 建<br />
議 如 下 :<br />
1. 由 於 目 前 只 針 對 一 棟 廠 房 結 構 詳 細 資 料 來 做 耐 震 能 力 評 估 , 雖 其 評 估<br />
結 果 都 在 預 期 之 範 圍 內 。 但 為 了 進 一 步 驗 証 本 文 所 提 出 之 高 科 技 廠 房<br />
耐 震 能 力 初 步 評 估 方 法 之 準 確 性 , 之 後 研 究 者 應 針 對 更 多 不 同 廠 房 結<br />
構 來 做 評 估 。<br />
2. 儘 管 耐 震 設 計 規 範 通 常 建 議 結 構 之 阻 尼 比 為 5%, 實 際 之 結 構 之 真 實 阻<br />
尼 比 很 少 達 到 5%。 建 議 以 2% 與 3% 分 析 較 能 符 合 真 實 狀 況 。<br />
3. 在 做 高 科 技 廠 房 耐 震 初 評 時 , 建 議 可 直 接 針 對 無 塵 室 所 在 樓 層 及 結 構<br />
之 一 樓 做 評 估 即 可 。<br />
48
參 考 文 獻<br />
1. 國 家 地 震 工 程 研 究 中 心 ,“ 工 業 設 施 921 震 害 報 告 ”, 召 集 人 : 林 其 璋 ,<br />
中 華 民 國 八 十 八 年 十 一 月 。<br />
2. 陳 淑 惠 (2002),“ 經 紀 人 漸 成 產 險 市 場 影 響 力 中 心 —1000 大 製 造 業 投<br />
保 , 五 成 以 上 靠 保 險 軍 師 ”, 現 代 保 險 , 第 165 期 ,pp. 91~93。<br />
3. 鍾 立 來 (2004),“ 國 民 中 小 學 典 型 校 舍 耐 震 能 力 之 初 步 評 估 簡 報 ”, 國<br />
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研 究 所 。<br />
5. Computers and Structures, Inc. ”ETABS Analysis Reference”,<br />
Berkeley, California, USA, 1995.<br />
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害 防 治 研 討 會 論 文 集 , 第 78-107 頁 。<br />
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防 治 研 與 微 振 量 測 討 會 論 文 集 , 第 1-12 頁 。<br />
8. 王 彥 博 (2004) ,“ 降 伏 金 屬 制 震 板 之 建 築 防 震 應 用 ”, 高 科 技 廠 房 震<br />
害 防 治 研 與 微 振 量 測 討 會 論 文 集 , 第 13-39 頁 。<br />
9. 王 彥 博 (2004),“ 高 科 技 產 業 之 震 害 防 制 教 育 ”, 教 育 部 顧 問 室 防 災 科<br />
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10. 許 丁 友 、 鍾 立 來 、 邱 建 國 等 人 (2003),“ 國 民 小 學 典 型 校 舍 耐 震 能 力<br />
之 初 步 評 估 ”,NCREE Research Programs and Accomplishments,<br />
第 17-20 頁 。<br />
11. 黃 世 建 、 鍾 立 來 、 簡 文 郁 等 人 (2004),“ 全 國 中 小 學 校 舍 耐 震 評 估 與<br />
49
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頁 。<br />
12. 鍾 立 來 、 簡 文 郁 、 葉 勇 凱 等 人 (2005),“ 國 民 中 小 學 典 型 校 舍 耐 震 能<br />
力 之 間 易 調 查 ”, 國 家 地 震 工 程 研 究 中 心 。<br />
13. 蔡 克 銓 、 黃 世 建 、 鍾 立 來 (2005),“ 校 舍 之 耐 震 評 估 與 補 強 講 習 會 ”,<br />
國 家 地 震 工 程 研 究 中 心 。<br />
14. 羅 俊 雄 、 簡 文 郁 、 廖 文 義 (2003),“ 依 耐 震 規 範 設 計 下 鋼 筋 混 凝 土 建<br />
築 物 極 限 耐 震 能 力 之 研 究 ”, 內 政 部 建 築 研 究 所 研 究 報 告 。<br />
15. 蕭 江 碧 、 簡 秋 記 (2000),“ 建 築 物 含 一 樓 軟 弱 層 之 耐 震 能 力 調 查 分 析<br />
及 對 策 研 究 ”, 內 政 部 建 築 研 究 所 。<br />
16. 混 凝 土 工 程 設 計 規 範 之 應 用 (2001), 中 國 土 木 水 利 工 程 學 會 編 著 。<br />
17. 翁 正 強 (1997),“ 鋼 骨 鋼 筋 混 凝 土 構 造 (SRC) 設 計 規 範 與 解 說 研 究 ”,<br />
內 政 部 建 築 研 究 所 。<br />
18. 建 築 物 耐 震 設 計 規 範 及 解 說 (2005), 內 政 部 營 建 署 。<br />
19. 鋼 構 造 建 築 物 鋼 結 構 設 計 技 術 規 範 (2001), 營 建 雜 誌 社 。<br />
20. 震 後 受 損 鋼 筋 混 凝 土 建 築 物 緊 急 修 復 及 補 強 技 術 手 冊 (2000), 財 團 法<br />
人 中 華 建 築 中 心 。<br />
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22. Soong, T.T. and Dargush, G.F.(1997), “Passive Energy Dissipation<br />
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York.<br />
50
23. Soong, T.T. and Spencer Jr B.F.(2002),“Supplemental Energy<br />
Dissipation: State-of-the-Art and State-of-the-Practice " ,<br />
Engineering Structures, Vol. 24, pp.243-259.<br />
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Earthquake Spectra, 1991, 7(4), pp.563-606.<br />
25. Aiken ID, Kelly JM. Comparative study of four passive energy<br />
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pp.175-92.<br />
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energy dissipation device", Engineering Structures, 1997, Vol.19,<br />
NO.10, pp.811-821.<br />
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防 災 工 程 研 究 中 心 。<br />
28. 程 幼 棣 (1997),“ 鋼 骨 鋼 筋 混 凝 土 構 造 (SRC) 構 材 剪 力 設 計 之 研 究 ”,<br />
國 立 交 通 大 學 土 木 工 程 研 究 所 碩 士 論 文 。<br />
51
表 1.1 高 科 技 廠 房 耐 震 能 力 初 步 評 估 表<br />
52
表 1.1 高 科 技 廠 房 耐 震 能 力 初 步 評 估 表 ( 續 )<br />
53
表 1.1 高 科 技 廠 房 耐 震 能 力 初 步 評 估 表 ( 續 )<br />
54
表 2.1 高 科 技 廠 房 評 估 方 法 之 流 程 圖<br />
55
表 2.2 震 區 設 計 水 平 譜 加 速 度 係 數 Ss D 與 S1 D , 以 及 震 區 最 大 考 量 水 平 譜<br />
加 速 度 係 數 Ss M 與 S1 M ( 資 料 取 自 建 築 物 耐 震 規 範 [4])<br />
56
表 2.3 短 週 期 結 構 之 工 址 放 大 係 數 Fa ( 線 性 內 插 求 值 )<br />
( 資 料 取 自 建 築 物 耐 震 規 範 [4])<br />
地 盤 分 類<br />
震 區 短 週 期 水 平 譜 加 速 度 係 數 Ss( S<br />
D M<br />
s<br />
或 S<br />
s<br />
)<br />
Ss≦0.5 Ss=0.6 Ss=0.7 Ss=0.8 Ss≧0.9<br />
第 一 類 地 盤 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0<br />
第 二 類 地 盤 1.1 1.1 1.0 1.0 1.0<br />
第 三 類 地 盤 1.2 1.2 1.1 1.0 1.0<br />
表 2.4 長 週 期 結 構 之 工 址 放 大 係 數 FV ( 線 性 內 插 求 值 )<br />
( 資 料 取 自 建 築 物 耐 震 規 範 [4])<br />
地 盤 分 類<br />
震 區 一 秒 週 期 水 平 譜 加 速 度 係 數 S1(<br />
S D<br />
1<br />
M<br />
或 S 1<br />
)<br />
Ss≦0.30 Ss=0.35 Ss=0.40 Ss=0.45 Ss≧0.50<br />
第 一 類 地 盤 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0<br />
第 二 類 地 盤 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1<br />
第 三 類 地 盤 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4<br />
64
表 2.5 一 般 工 址 或 近 斷 層 區 域 之 工 址 設 計 水 平 譜 加 速 度 係 數 SaD<br />
( 資 料 取 自 建 築 物 耐 震 規 範 [4])<br />
較 短 週 期 短 週 期 中 週 期 長 週 期<br />
D<br />
T ≤ 0.2T0<br />
0.2<br />
≤<br />
D<br />
D<br />
T0<br />
≤ T T0<br />
D<br />
D<br />
T0 ≤ T ≤ 2. 5T0<br />
2 .5T D 0<br />
<<br />
T<br />
S<br />
aD<br />
⎛<br />
= S<br />
DS ⎜ .4 + 3T<br />
D<br />
⎝ T0<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
S = S<br />
0<br />
aD DS<br />
S<br />
aD<br />
S<br />
=<br />
D1<br />
aD<br />
DS<br />
T<br />
S = 0. 4S<br />
表 2.6 短 週 期 與 長 週 期 結 構 之 阻 尼 比 修 正 係 數 Bs 與 B1 ( 線 性 內 插 求 值 )<br />
( 資 料 取 自 建 築 物 耐 震 規 範 [4])<br />
有 效 阻 尼 比 (%) B s B 1<br />
表 3.1 CASE1( 原 始 雙 疊 層 廠 房 ) 結 構 之 標 稱 耐 震 容 量 (C)<br />
樓 層 長 向 短 向<br />
5F 57,500 ton 59,600 ton<br />
4F 84,600 ton 232,400 ton<br />
3F 41,700 ton 53,200 ton<br />
2F 78,300 ton 82,900 ton<br />
1F 75,500 ton 82,900 ton<br />
表 3.2 CASE2( 下 層 無 塵 室 加 柱 ) 結 構 之 標 稱 耐 震 容 量 (C)<br />
樓 層 長 向 短 向<br />
5F 57,500 ton 59,600 ton<br />
4F 84,600 ton 232,400 ton<br />
3F 95,100 ton 106,000 ton<br />
2F 78,300 ton 82,900 ton<br />
1F 75,500 ton 82,900 ton<br />
66
表 3.3 CASE3( 上 、 下 層 無 塵 室 均 加 柱 ) 結 構 之 標 稱 耐 震 容 量 (C)<br />
樓 層 長 向 短 向<br />
5F 173,800 ton 175,900 ton<br />
4F 84,600 ton 232,400 ton<br />
3F 95,100 ton 106,000 ton<br />
2F 78,300 ton 82,900 ton<br />
1F 75,500 ton 82,900 ton<br />
67
表 3.4 耐 震 指 標 評 估 結 果 ( 靜 力 分 析 ; 週 期 依 經 驗 公 式 計 算 ;D= 基 底 剪 力 )<br />
(a)CASE1( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
結 構 阻 尼 比 5% 3% 2%<br />
樓 層 長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
5F 1.18 1.22 1.09 1.13 1.04 1.08<br />
4F 1.73 4.75 1.60 4.41 1.53 4.20<br />
3F 0.77 0.98 0.71 0.91 0.68 0.87<br />
2F 1.60 1.70 1.48 1.57 1.42 1.50<br />
1F 1.55 1.70 1.43 1.57 1.37 1.50<br />
Is( 耐 震 指 標 ) 0.77 0.98 0.71 0.91 0.68 0.87<br />
(b)CASE2( 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
結 構 阻 尼 比 5% 3% 2%<br />
樓 層 長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
5F 1.23 1.28 1.15 1.19 1.09 1.13<br />
4F 1.81 4.98 1.69 4.63 1.61 4.41<br />
3F 1.83 2.04 1.71 1.90 1.62 1.81<br />
2F 1.68 1.78 1.56 1.65 1.49 1.57<br />
1F 1.62 1.78 1.51 1.65 1.43 1.57<br />
Is( 耐 震 指 標 ) 1.23 1.28 1.15 1.19 1.09 1.13<br />
(c)CASE3( 無 軟 弱 層 )<br />
結 構 阻 尼 比 5% 3% 2%<br />
樓 層 長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
5F 3.65 3.69 3.40 3.44 3.23 3.27<br />
4F 1.78 4.88 1.65 4.54 1.57 4.32<br />
3F 1.80 2.00 1.67 1.86 1.59 1.77<br />
2F 1.64 1.74 1.53 1.62 1.46 1.54<br />
1F 1.59 1.74 1.48 1.62 1.40 1.54<br />
Is( 耐 震 指 標 ) 1.59 1.74 1.48 1.62 1.40 1.54<br />
68
表 3.5 耐 震 指 標 評 估 結 果 ( 靜 力 分 析 ; 週 期 依 特 徵 分 析 結 果 ;D= 基 底 剪 力 )<br />
(a)CASE1( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
結 構 阻 尼 比 5% 3% 2%<br />
樓 層 長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
5F 0.84 0.87 0.78 0.78 0.73 0.74<br />
4F 1.24 3.38 1.15 3.06 1.08 2.88<br />
3F 0.55 0.69 0.51 0.63 0.48 0.59<br />
2F 1.15 1.21 1.07 1.09 1.00 1.03<br />
1F 1.11 1.21 1.03 1.09 0.96 1.03<br />
Is( 耐 震 指 標 ) 0.55 0.69 0.51 0.63 0.48 0.59<br />
(b)CASE2( 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
結 構 阻 尼 比 5% 3% 2%<br />
樓 層 長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
5F 0.89 0.91 0.81 0.83 0.77 0.78<br />
4F 1.31 3.56 1.19 3.24 1.13 3.05<br />
3F 1.32 1.46 1.21 1.33 1.13 1.25<br />
2F 1.21 1.27 1.10 1.15 1.04 1.09<br />
1F 1.17 1.27 1.07 1.15 1.00 1.09<br />
Is( 耐 震 指 標 ) 0.89 0.91 0.81 0.83 0.77 0.78<br />
(c)CASE3( 無 軟 弱 層 )<br />
結 構 阻 尼 比 5% 3% 2%<br />
樓 層 長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
5F 2.64 2.63 2.40 2.40 2.27 2.26<br />
4F 1.28 3.48 1.17 3.17 1.10 2.99<br />
3F 1.30 1.43 1.18 1.30 1.12 1.22<br />
2F 1.19 1.24 1.08 1.13 1.02 1.07<br />
1F 1.15 1.24 1.04 1.13 0.98 1.07<br />
Is( 耐 震 指 標 ) 1.15 1.24 1.04 1.13 0.98 1.07<br />
69
表 3.6 耐 震 指 標 評 估 結 果 ( 靜 力 分 析 ; 週 期 依 經 驗 公 式 計 算 ;D= 樓 層 剪 力 )<br />
(a)CASE1( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
結 構 阻 尼 比 5% 3% 2%<br />
樓 層 長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
5F 3.50 3.63 3.25 3.37 3.10 3.21<br />
4F 3.39 9.32 3.14 8,64 3.00 8.23<br />
3F 1.11 1.41 1.03 1.31 0.98 1.25<br />
2F 1.97 2.09 1.83 1.94 1.74 1.85<br />
1F 1.64 1.80 1.52 1.67 1.45 1.59<br />
Is( 耐 震 指 標 ) 1.11 1.41 1.03 1.31 0.98 1.25<br />
(b)CASE2( 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
結 構 阻 尼 比 5% 3% 2%<br />
樓 層 長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
5F 3.75 3.89 3.49 3.62 3.32 3.44<br />
4F 3.63 9.97 3.38 9.27 3.21 8.82<br />
3F 2.70 3.02 2.51 2.80 2.39 2.66<br />
2F 2.07 2.19 1.93 2.04 1.83 1.94<br />
1F 1.72 1.88 1.60 1.75 1.52 1.67<br />
Is( 耐 震 指 標 ) 1.72 1.88 1.60 1.75 1.52 1.67<br />
(c)CASE3( 無 軟 弱 層 )<br />
結 構 阻 尼 比 5% 3% 2%<br />
樓 層 長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
5F 11.42 11.55 10.62 10.75 10.11 10.23<br />
4F 3.54 9.73 3.30 9.06 3.14 8.62<br />
3F 2.61 2.92 2.43 2.71 2.31 2.58<br />
2F 2.02 2.13 1.88 1.99 1.78 1.89<br />
1F 1.68 1.84 1.56 1.72 1.49 1.63<br />
Is( 耐 震 指 標 ) 1.68 1.84 1.56 1.72 1.49 1.63<br />
70
表 3.7 耐 震 指 標 評 估 結 果 ( 靜 力 分 析 ; 週 期 依 特 徵 分 析 結 果 ;D= 樓 層 剪 力 )<br />
(a)CASE1( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
結 構 阻 尼 比 5% 3% 2%<br />
樓 層 長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
5F 2.51 2.58 2.34 2.34 2.18 2.20<br />
4F 2.43 6.62 2.26 5.99 2.11 5.64<br />
3F 0.79 1.01 0.74 0.91 0.69 0.86<br />
2F 1.42 1.49 1.32 1.34 1.23 1.27<br />
1F 1.18 1.28 1.09 1.16 1.02 1.09<br />
Is( 耐 震 指 標 ) 0.79 1.01 0.74 0.91 0.69 0.86<br />
(b)CASE2( 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
結 構 阻 尼 比 5% 3% 2%<br />
樓 層 長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
5F 2.71 2.77 2.47 2.53 2.33 2.38<br />
4F 2.62 7.12 2.39 6.48 2.25 6.11<br />
3F 1.95 2.15 1.78 1.95 1.67 1.85<br />
2F 1.50 1.56 1.36 1.42 1.28 1.34<br />
1F 1.24 1.35 1.13 1.23 1.07 1.16<br />
Is( 耐 震 指 標 ) 1.24 1.35 1.13 1.23 1.07 1.16<br />
(c)CASE3( 無 軟 弱 層 )<br />
結 構 阻 尼 比 5% 3% 2%<br />
樓 層 長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
5F 8.25 8.24 7.52 7.49 7.09 7.07<br />
4F 2.56 6.94 2.33 6.31 2.20 5.96<br />
3F 1.89 2.08 1.72 1.89 1.62 1.78<br />
2F 1.46 1.52 1.33 1.38 1.25 1.31<br />
1F 1.21 1.31 1.11 1.20 1.04 1.13<br />
Is( 耐 震 指 標 ) 1.21 1.31 1.11 1.20 1.04 1.13<br />
71
表 3.8 耐 震 指 標 評 估 結 果 ( 靜 力 分 析 與 動 力 分 析 比 較 ; 週 期 依 經 驗 公 式 計<br />
算 ;D= 基 底 剪 力 )<br />
結 構 阻 尼 比 5%<br />
CASE1<br />
( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE2<br />
( 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE3<br />
( 無 軟 弱 層 )<br />
長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
靜 力 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 0.77 0.98 1.23 1.28 1.59 1.74<br />
歷 時 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 0.71 0.77 1.20 0.97 1.51 1.34<br />
誤 差 值 (%) -8 -27 -3 -32 -5 -30<br />
結 構 阻 尼 比 3%<br />
CASE1<br />
( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE2<br />
( 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE3<br />
( 無 軟 弱 層 )<br />
長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
靜 力 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 0.71 0.91 1.15 1.19 1.48 1.62<br />
歷 時 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 0.59 0.63 0.99 0.80 1.26 1.17<br />
誤 差 值 (%) -20 -44 -16 -49 -17 -38<br />
結 構 阻 尼 比 2%<br />
CASE1<br />
( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE2<br />
( 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE3<br />
( 無 軟 弱 層 )<br />
長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
靜 力 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 0.68 0.87 1.09 1.13 1.40 1.54<br />
歷 時 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 0.51 0.56 0.86 0.69 1.10 1.01<br />
誤 差 值 (%) -33 -55 -27 -64 -27 -52<br />
72
表 3.9 耐 震 指 標 評 估 結 果 ( 靜 力 分 析 與 動 力 分 析 比 較 ; 週 期 依 特 徵 分 析 結<br />
果 ;D= 基 底 剪 力 )<br />
結 構 阻 尼 比 5%<br />
CASE1<br />
( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE2<br />
( 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE3<br />
( 無 軟 弱 層 )<br />
長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
靜 力 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 0.55 0.69 0.89 0.91 1.15 1.24<br />
歷 時 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 0.71 0.77 1.20 0.97 1.51 1.34<br />
誤 差 值 (%) 23 10 26 6 24 7<br />
結 構 阻 尼 比 3%<br />
CASE1<br />
( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE2<br />
( 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE3<br />
( 無 軟 弱 層 )<br />
長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
靜 力 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 0.51 0.63 0.81 0.83 1.04 1.13<br />
歷 時 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 0.59 0.63 0.99 0.80 1.26 1.17<br />
誤 差 值 (%) 14 0 18 -4 17 3<br />
結 構 阻 尼 比 2%<br />
CASE1<br />
( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE2<br />
( 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE3<br />
( 無 軟 弱 層 )<br />
長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
靜 力 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 0.48 0.59 0.77 0.78 0.98 1.07<br />
歷 時 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 0.51 0.56 0.86 0.69 1.10 1.01<br />
誤 差 值 (%) 6 -5 10 -13 11 -6<br />
73
表 3.10 耐 震 指 標 評 估 結 果 ( 靜 力 分 析 與 動 力 分 析 比 較 ; 週 期 依 經 驗 公 式 計<br />
算 ;D= 樓 層 剪 力 )<br />
結 構 阻 尼 比 5%<br />
CASE1<br />
( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE2<br />
( 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE3<br />
( 無 軟 弱 層 )<br />
長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
靜 力 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 1.11 1.41 1.72 1.88 1.68 1.84<br />
歷 時 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 1.14 1.13 1.57 1.34 1.51 1.34<br />
誤 差 值 (%) 3 -25 -10 -40 -11 -37<br />
結 構 阻 尼 比 3%<br />
CASE1<br />
( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE2<br />
( 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE3<br />
( 無 軟 弱 層 )<br />
長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
靜 力 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 1.03 1.31 1.60 1.75 1.56 1.72<br />
歷 時 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 0.94 0.92 1.30 1.11 1.26 1.17<br />
誤 差 值 (%) -10 -42 -23 -58 -24 -47<br />
結 構 阻 尼 比 2%<br />
CASE1<br />
( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE2<br />
( 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE3<br />
( 無 軟 弱 層 )<br />
長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
靜 力 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 0.98 1.25 1.52 1.67 1.49 1.63<br />
歷 時 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 0.79 0.82 1.13 0.96 1.10 1.01<br />
誤 差 值 (%) -24 -52 -35 -74 -35 -61<br />
74
表 3.11 耐 震 指 標 評 估 結 果 ( 靜 力 分 析 與 動 力 分 析 比 較 ; 週 期 依 特 徵 分 析 結<br />
果 ;D= 樓 層 剪 力 )<br />
結 構 阻 尼 比 5%<br />
CASE1<br />
( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE2<br />
( 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE3<br />
( 無 軟 弱 層 )<br />
長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
靜 力 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 0.79 1.01 1.24 1.35 1.21 1.31<br />
歷 時 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 1.14 1.13 1.57 1.34 1.51 1.34<br />
誤 差 值 (%) 31 11 21 -1 20 2<br />
結 構 阻 尼 比 3%<br />
CASE1<br />
( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE2<br />
( 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE3<br />
( 無 軟 弱 層 )<br />
長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
靜 力 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 0.74 0.91 1.13 1.23 1.11 1.20<br />
歷 時 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 0.94 0.92 1.30 1.11 1.26 1.17<br />
誤 差 值 (%) 21 1 13 -11 12 -3<br />
結 構 阻 尼 比 2%<br />
CASE1<br />
( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE2<br />
( 五 樓 為 軟 弱 層 )<br />
CASE3<br />
( 無 軟 弱 層 )<br />
長 向 短 向 長 向 短 向 長 向 短 向<br />
靜 力 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 0.69 0.86 1.07 1.16 1.04 1.13<br />
歷 時 分 析 之 耐 震 指 標 (Is) 0.79 0.82 1.13 0.96 1.10 1.01<br />
誤 差 值 (%) 13 -5 5 -21 5 -12<br />
75
表 4.1 USD 制 震 鈑 之 材 料 性 質 與 細 部 尺 寸<br />
楊 氏 模 數 (E) 20.4 t/mm 2<br />
降 伏 應 力 (σy ) 0.0253 t/mm 2<br />
寬 度 (B)<br />
厚 度 (t)<br />
有 效 高 度 (h)<br />
片 數 (N)<br />
初 始 勁 度 設 計 值 (Kd)<br />
250 mm<br />
12 mm<br />
190 mm<br />
19 片<br />
12.21 t/mm<br />
降 伏 前 後 勁 度 比 (α) 0.1<br />
76
表 4.2 CASE4(3 樓 至 5 樓 增 設 消 能 器 ) 各 樓 層 相 對 位 移 反 應 比 較 ( 單 位 :cm)<br />
77
表 4.3 CASE5(3 樓 至 5 樓 增 設 斜 撐 ) 各 樓 層 相 對 位 移 反 應 比 較 ( 單 位 :cm)<br />
78
表 4.4 CASE6(1 樓 至 5 樓 增 設 消 能 器 ) 各 樓 層 相 對 位 移 反 應 比 較 ( 單 位 :cm)<br />
79
表 4.5 CASE4(3 樓 至 5 樓 增 設 消 能 器 ) 各 樓 層 間 加 速 度 反 應 比 較 ( 單 位 :g)<br />
80
表 4.6 CASE5(3 樓 至 5 樓 增 設 斜 撐 ) 各 樓 層 間 加 速 度 反 應 比 較 ( 單 位 :g)<br />
81
表 4.7 CASE6(1 樓 至 5 樓 增 設 消 能 器 ) 各 樓 層 間 加 速 度 反 應 比 較 ( 單 位 :g)<br />
82
表 4.8 CASE4(3 樓 至 5 樓 增 設 消 能 器 ) 樓 層 柱 (C1) 剪 力 反 應 比 較 ( 單 位 :t)<br />
83
表 4.9 CASE5(3 樓 至 5 樓 增 設 斜 撐 ) 樓 層 柱 (C1) 剪 力 反 應 比 較 ( 單 位 :t)<br />
84
表 4.10 CASE6(1 樓 至 5 樓 增 設 消 能 器 ) 樓 層 柱 (C1) 剪 力 反 應 比 較 ( 單 位 :t)<br />
85
表 4.11 CASE4 制 震 鈑 變 形 與 剪 力 (TCU017-EW)<br />
(a)XTCU017-EW(Link25)<br />
XTCU017-EW<br />
Story Link NO. Shear(t) Deformation(cm)<br />
5F L25 60 1.33<br />
4F L25 61 1.44<br />
3F L25 60 1.33<br />
(b) YTCU017-EW(Link3)<br />
YTCU017-EW<br />
Story Link NO. Shear(t) Deformation(cm)<br />
5F L3 53 0.83<br />
4F L3 27 0.24<br />
3F L3 57 1.12<br />
表 4.12 CASE4 制 震 鈑 變 形 與 剪 力 (TCU096-EW)<br />
(a)XTCU096-EW(Link25)<br />
XTCU096-EW<br />
Story Link NO. Shear(t) Deformation(cm)<br />
5F L25 60 1.37<br />
4F L25 65 1.78<br />
3F L25 64 1.63<br />
(a)YTCU096-EW(Link3)<br />
YTCU0196-EW<br />
Story Link NO. Shear(t) Deformation(cm)<br />
5F L3 58 1.18<br />
4F L3 31 0.28<br />
3F L3 60 1.31<br />
86
表 4.13 CASE4 制 震 鈑 變 形 與 剪 力 (TCUBAA-NS)<br />
(a)XTCUBAA-NS(Link25)<br />
XTCUBAA-NS<br />
Story Link NO. Shear(t) Deformation(cm)<br />
5F L25 64 1.66<br />
4F L25 65 1.76<br />
3F L25 63 1.61<br />
(a)YTCUBAA-NS(Link3)<br />
YTCUBAA-NS<br />
Story Link NO. Shear(t) Deformation(cm)<br />
5F L3 59 1.25<br />
4F L3 35 0.31<br />
3F L3 62 1.5<br />
87
無 層 室<br />
(Fab 層 )<br />
圖 1.1 一 般 標 準 廠 房<br />
無 層 室<br />
(Fab 層 )<br />
圖 1.2 疊 層 式 晶 圓 廠 房<br />
圖 1.3 典 型 無 塵 室 柱 位 結 構 平 面 圖<br />
88
圖 1.4 典 型 無 塵 室 下 樓 層 之 柱 位 結 構 平 面 圖<br />
圖 1.5 軟 弱 層 震 害<br />
圖 1.6 受 力 - 位 移 關 係 之 遲 滯 迴 圈<br />
89
圖 1.7 減 震 設 計 安 裝 示 意<br />
V.E. 材 料<br />
圖 1.8 黏 彈 性 體 阻 尼 器<br />
圖 1.9 受 力 - 位 移 關 係 之 遲 滯 迴 圈<br />
圖 1.10 液 態 黏 性 阻 尼 器 構 造<br />
圖 1.11 受 力 - 位 移 關 係 之 遲 滯 迴 圈<br />
90
圖 1.12 Pall 摩 擦 型 阻 尼 器<br />
圖 1.13 受 力 - 位 移 關 係 之 遲 滯 迴 圈<br />
圖 1.14 金 屬 降 伏 型 阻 尼 器<br />
圖 1.15 受 力 - 位 移 關 係 之 遲 滯 迴 圈<br />
91
圖 2.1 SRC 柱 與 RC 柱 之 斷 面 轉 換 示 意 圖<br />
( 資 料 取 自 鋼 骨 鋼 筋 混 凝 土 規 範 [16])<br />
MPt: 頂 端 彎 矩<br />
VPt<br />
MPb: 底 端 彎 矩<br />
L<br />
VPb<br />
VPt : 頂 端 剪 力<br />
VPb : 底 端 剪 力<br />
L: 柱 長<br />
圖 2.2 柱 無 轉 換 斷 面 之 極 限 剪 力 強 度 示 意 圖<br />
92
M Pt<br />
h1<br />
VPt<br />
MPt: 頂 端 彎 矩<br />
MPb: 底 端 彎 矩<br />
h2<br />
VPt : 頂 端 剪 力<br />
VPb : 底 端 剪 力<br />
h1、h2 不 同 材 質 之 柱 長<br />
VPb<br />
M Pb<br />
圖 2.3 柱 有 轉 換 斷 面 之 極 限 剪 力 強 度 示 意 圖<br />
定 義<br />
略 圖<br />
兩 側 有 柱 之 牆 之 四 邊 , 被 上 下 邊<br />
磚 造 牆 之 RC 梁 及 左 右 邊 之<br />
RC 柱 所 拘 束 , 且 無 開<br />
口 之 牆<br />
圖 2.4 兩 側 有 柱 之 磚 造 牆<br />
( 資 料 取 自 震 後 受 損 鋼 筋 混 凝 土 建 築 物 緊 急 修 復 及 補 強 技 術 手 冊 [19])<br />
定 義<br />
略 圖<br />
93
單 側 有 柱 之 牆 之 上 下 二 邊 被 RC<br />
磚 造 牆 梁 及 左 右 任 一 邊 被<br />
RC 柱 所 拘 束 之 牆 ( 有<br />
開 口 )<br />
圖 2.5 單 側 有 柱 之 磚 造 牆<br />
( 資 料 取 自 震 後 受 損 鋼 筋 混 凝 土 建 築 物 緊 急 修 復 及 補 強 技 術 手 冊 [19])<br />
定 義<br />
略 圖<br />
兩 側 有 柱 之 牆 之 上 下 、 左 右 邊 定<br />
RC 牆 著 於 RC 梁 及 RC 柱 ,<br />
且 無 開 口 之 牆<br />
圖 2.6 兩 側 有 柱 之 RC 牆<br />
( 資 料 取 自 震 後 受 損 鋼 筋 混 凝 土 建 築 物 緊 急 修 復 及 補 強 技 術 手 冊 [19])<br />
94
定 義<br />
略 圖<br />
單 側 有 柱 之<br />
RC 牆<br />
牆 之 上 下 二 邊 定 著<br />
於 梁 , 左 右 任 一 邊<br />
( 或 中 央 ) 定 著 於 柱<br />
之 牆<br />
圖 2.7 單 側 有 柱 之 RC 牆<br />
( 資 料 取 自 震 後 受 損 鋼 筋 混 凝 土 建 築 物 緊 急 修 復 及 補 強 技 術 手 冊 [19])<br />
定 義<br />
略 圖<br />
兩 側 均 無 柱 牆 之 上 下 二 邊 定 著<br />
之 RC 牆 於 梁 , 左 右 二 邊 均 無<br />
定 著 於 柱<br />
圖 2.8 兩 側 均 無 柱 之 RC 牆<br />
( 資 料 取 自 震 後 受 損 鋼 筋 混 凝 土 建 築 物 緊 急 修 復 及 補 強 技 術 手 冊 [19])<br />
h<br />
θ<br />
95<br />
梁 構 件<br />
斜 撐 構 件
圖 2.9 斜 撐 構 材 示 意 圖<br />
48.8m<br />
Z<br />
86.4m<br />
Y<br />
圖 3.1(a) 外 圍 構 架 之 側 視 圖 ( 短 向 )<br />
48.8m<br />
Z<br />
X<br />
110.4m<br />
圖 3.1(b) 外 圍 構 架 之 側 視 圖 ( 長 向 )<br />
96
(a) 1 至 2 樓 的 結 構 平 面 圖 (b) 3 樓 及 5 樓 的 結 構 平 面 圖 ( 無 塵 室 )<br />
(c) 4 樓 、6 樓 及 7 樓 的 結 構 平 面 圖<br />
(d) 頂 樓 的 結 構 平 面 圖<br />
圖 3.2 廠 房 結 構 平 面 圖<br />
圖 3.3 八 層 樓 疊 層 式 廠 房 結 構 之 有 限 元 素 模 型<br />
97
圖 3.4 CASE1( 三 樓 及 五 樓 為 軟 弱 層 ) 之 廠 房 結 構 模 型 立 面 圖 ( 短 向 )<br />
圖 3.5 CASE2( 五 樓 為 軟 弱 層 ) 之 廠 房 結 構 模 型 立 面 圖 ( 短 向 )<br />
圖 3.6 CASE3( 無 軟 弱 層 ) 之 廠 房 結 構 模 型 立 面 圖 ( 短 向 )<br />
98
1<br />
0.5<br />
Ground PGA (g)<br />
0<br />
-0.5<br />
-1<br />
-1.5<br />
0 20 40 60 80<br />
Time(sec)<br />
(a) 歷 時 圖<br />
(b) 反 應 譜<br />
圖 3.7 TCU017-NS 震 波 加 速 度 歷 時 ( 正 規 化 至 1g)<br />
1<br />
0.5<br />
Ground PGA (g)<br />
0<br />
-0.5<br />
-1<br />
-1.5<br />
0 20 40 60 80<br />
Time(sec)<br />
(a) 歷 時 圖<br />
(b) 反 應 譜<br />
圖 3.8 TCU017-EW 震 波 加 速 度 歷 時 ( 正 規 化 至 1g)<br />
99
1<br />
0.5<br />
Ground PGA (g)<br />
0<br />
-0.5<br />
-1<br />
-1.5<br />
0 20 40 60 80<br />
Time(sec)<br />
(a) 歷 時 圖<br />
(b) 反 應 譜<br />
圖 3.9 TCU096-NS 震 波 加 速 度 歷 時 ( 正 規 化 至 1g)<br />
1<br />
0.5<br />
Ground PGA (g)<br />
0<br />
-0.5<br />
-1<br />
-1.5<br />
0 20 40 60 80<br />
Time(sec)<br />
(a) 歷 時 圖<br />
(b) 反 應 譜<br />
圖 3.10 TCU096-EW 震 波 加 速 度 歷 時 ( 正 規 化 至 1g)<br />
100
1<br />
0.5<br />
Ground PGA (g)<br />
0<br />
-0.5<br />
-1<br />
-1.5<br />
0 20 40 60 80<br />
Time(sec)<br />
(a) 歷 時 圖<br />
(b) 反 應 譜<br />
圖 3.11 TCUBAA-NS 震 波 加 速 度 歷 時 ( 正 規 化 至 1g)<br />
1<br />
0.5<br />
Ground PGA (g)<br />
0<br />
-0.5<br />
-1<br />
-1.5<br />
0 20 40 60 80<br />
Time(sec)<br />
(a) 歷 時 圖<br />
(b) 反 應 譜<br />
圖 3.12 TCUBAA-EW 震 波 加 速 度 歷 時 ( 正 規 化 至 1g)<br />
101
(a) 長 向 消 能 器 設 置 立 面 配 置 圖<br />
(b) 短 向 消 能 器 設 置 立 面 配 置 圖<br />
圖 4.1 CASE4(3 樓 至 5 樓 增 設 消 能 器 ) 廠 房 模 型 增 設 消 能 器 設 置 立 面 配 置 圖<br />
102
(a) 長 向 斜 撐 設 置 立 面 配 置 圖<br />
(b) 短 向 斜 撐 設 置 立 面 配 置 圖<br />
圖 4.2 CASE5(3 樓 至 5 樓 增 設 斜 撐 ) 廠 房 模 型 增 設 斜 撐 設 置 立 面 配 置 圖<br />
103
(b) 長 向 消 能 器 設 置 立 面 配 置 圖<br />
(b) 短 向 消 能 器 設 置 立 面 配 置 圖<br />
圖 4.3 CASE6(1 樓 至 5 樓 增 設 消 能 器 ) 廠 房 模 型<br />
增 設 消 能 器 設 置 立 面 配 置 圖<br />
104
250<br />
12<br />
105 110 105<br />
80<br />
27<br />
60<br />
30<br />
65 190<br />
65<br />
320<br />
140<br />
250<br />
正 視 圖<br />
側 視 圖<br />
圖 4.4(a) 原 型 USD 制 震 鈑 之 X- 形 鋼 鈑 細 部 尺 寸<br />
60 95 95 180,5<br />
444<br />
180,5 95 95 60<br />
320<br />
間 隔 鈑<br />
X 型 制 震 鈑 單 元<br />
螺 帽<br />
墊 圈<br />
側 視 圖<br />
430,5<br />
444<br />
430,5<br />
250<br />
M30<br />
1305<br />
上 視 圖<br />
圖 4.4(b) 原 型 USD 制 震 鈑 之 構 造 詳 圖<br />
105
圖 4.5 (a) 原 型 USD 制 震 鈑 元 件 測 試 之 試 驗 架 構 設 計 圖<br />
圖 4.5 (b) 原 型 USD 制 震 鈑 元 件 測 試 之 試 驗 架 構<br />
106
Command (mm)<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
-5<br />
-10<br />
-15<br />
-20<br />
-25<br />
0 10 20 30 40 50 60 70 80<br />
Time (minute)<br />
圖 4.6 元 件 測 試 設 定 之 致 動 器 位 移 指 令<br />
80<br />
60<br />
40<br />
Damper Force (ton)<br />
20<br />
0<br />
-20<br />
-40<br />
-60<br />
-80<br />
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25<br />
Damper Deformation (mm)<br />
圖 4.7(a) USD 制 震 鈑 之 遲 滯 迴 圈<br />
107
80<br />
60<br />
K1= 12.23 t/mm<br />
K2=1.18 t/mm<br />
40<br />
Damper Force (ton)<br />
20<br />
0<br />
-20<br />
-40<br />
-60<br />
-80<br />
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25<br />
Damper Deformation (mm)<br />
圖 4.7 (b) USD 制 震 鈑 之 勁 度 迴 歸 曲 線<br />
Link25<br />
Link3<br />
圖 4.9 CASE4(3 樓 至 5 樓 增 設 消 能 器 ) 制 震 鈑 位 置 圖<br />
108
80<br />
40<br />
Shear force(t)<br />
0<br />
-40<br />
-80<br />
-2 -1 0 1 2<br />
Displacement(cm)<br />
圖 4.10 制 震 鈑 (Link25) 遲 滯 迴 圈 (X-TCU017 E-W)<br />
80<br />
40<br />
Shear force(t)<br />
0<br />
-40<br />
-80<br />
-2 -1 0 1 2<br />
Displacement(cm)<br />
圖 4.11 制 震 鈑 (Link3) 遲 滯 迴 圈 (Y-TCU017 E-W)<br />
109
80<br />
40<br />
Shear force(t)<br />
0<br />
-40<br />
-80<br />
-2 -1 0 1 2<br />
Displacement(cm)<br />
圖 4.12 制 震 鈑 (Link25) 遲 滯 迴 圈 (X-TCU096 E-W)<br />
80<br />
40<br />
Shear force(t)<br />
0<br />
-40<br />
-80<br />
-2 -1 0 1 2<br />
Displacement(cm)<br />
圖 4.13 制 震 鈑 (Link3) 遲 滯 迴 圈 (Y-TCU096 E-W)<br />
110
80<br />
40<br />
Shear force(t)<br />
0<br />
-40<br />
-80<br />
-2 -1 0 1 2<br />
Displacement(cm)<br />
圖 4.14 制 震 鈑 (Link25) 遲 滯 迴 圈 (Y-TCUBAA N-S)<br />
80<br />
40<br />
Shear force(t)<br />
0<br />
-40<br />
-80<br />
-2 -1 0 1 2<br />
Displacement(cm)<br />
圖 4.15 制 震 鈑 (Link3) 遲 滯 迴 圈 (Y-TCUBAA N-S)<br />
111