建築物隔震技術概論...0.22 878.7 0.159 0.215 0.0075 0.11 743.7 0.134 0. 108 0.0038 d(m)...
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1
建築物隔震技術概論
主講人:蔡益超
國立台灣大學土木工程學系教授
內容
前言
傳統耐震技術
隔震技術原理與特性
隔震規範簡介
隔震建築物與傳統建築物地震反應之比較
消能建築物與傳統建築物地震反應之比較
隔震建築物隔震層之配置
結論
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2
前言
→台灣地區建築物之設計泰多受地震力控制
→傳統建築物之耐震設計:強度與韌性
→耐震新技術:隔震與消能
→921集集地震後蓬勃發展
→隔震技術概論,供非結構專業人員了解重要觀念
傳統耐震技術
→降伏地表加速度Ay
→崩塌地表加速度Ac=FuAy
→結構系統地震力折減係數Fu
uK
V
D
*yV
yD uD
yV
*yD
A
B
C D
y
u
DDR =韌性容量
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3
C
T
中長周期
正規化加速度反應譜係數C
0.1
5.2
阻尼比5%
表1 各類地盤水平向正規化加速度反應譜係數與周期之關係
4.1
23.04.1
)( 1
=
=
y
u
u
VVWIZ
FWTZICV
:建築物全部靜載重
:用途係數
,如:震區水平加速度係數
設計地震力
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4
→增加強度,提高 ,增加費用
韌性設計
控制梁主筋比、以梁端產生塑鉸進行剪力設計
強柱弱梁、柱剪力筋、柱圍束筋
梁柱接頭剪力破壞
*yV
柱
梁梁
極限層剪力強度之檢核(弱層檢核)
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5
隔震技術原理與特性
基面隔震層
鉛心橡膠支承墊
LRB:Lead rubber bearing
水平勁度小,且鉛心能消能
剛體
LRB之構造
隔震之基本原理
加速度反應譜
位移反應譜
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6
effk
dk
uk
D 水平位移
水平力
dQ
yD
鉛心橡膠支承墊反覆變位一周次所消散之能量
隔震建築物變位特性
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7
隔震規範簡介
→『建築物隔震設計規範』91年4月頒布
2
( )0.25 D e
D
e
D mD ZCC TZCCT
=
設計位移 :隔震層剛心之位移
:震區水平加度係數
:工址正規化水平加速度反應譜係數
:阻尼比修正係數
:隔震建築物之有效振動周期
基面隔震層
剛體
2 2
( )2( )
e D
ee
A ZC T C g
A D DTπ
ω
=
= =
加速度
代入上式中長周期無下限
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8
1.5 0.540 1
2
De
e
eff
C
WK g
ξξ
π
= ++
=e
:隔震系統等效阻尼比
T
→8層,層高3.6m,共28.8m
→週期0.8秒
→第一類地盤,Z=0.33
mtk
tW
m
WWZICWV
fi
f
/7634072.0
5530102.0
553082.12424
072.01000
5.2
102.05.4
39.10.133.05.4
=×
=
=×××=
==
=××
==
屋頂變位,層間變位角
建築物之勁度
隔震建築物與傳統建築物地震反應之比較
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9
fu
tWWF
ZICWV 724131.05.24.1
39.10.133.04.1
==×
××==
建築物之強度
ik
V
D
ft724
092.0 129.0 323.0
ft1014
A
CB
m
D
t
V
gm
D
t
V
g
gA
f
f
y
215.0
)094.022.0(094.033.0092.0323.0092.0
8.8788.154724
)094.022.0(094.033.0
7241014724
22.0108.0
)094.011.0(094.033.0092.0323.0092.0
7.7437.19724
)094.011.0(094.033.0
7241014724
11.0
094.0553039.1
724
=
−×−−
+=
=+=
−×−−
+=
=
−×−−
+=
=+=
−×−−
+=
=×
=
時:
時:
降伏地表加速度
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10
0.01120.3230.18310140.33
0.00750.2150.159878.70.22
0.00380. 1080.134743.70.11
θ=D/28.8D(m)A=V/W
(g)V(tf)
PGA(g)
傳統結構不同地震大小之反應
mtD
QKK
tD
AQ
DKA
mtgTWK
m
D
fd
effd
fT
d
eeffT
fe
eff
/2750115.0
87.1444010
87.144115.0464.66
4
64.662.0115.0401022
/40108.95.2
622144
115.0
5.2667.05.2
833.033.025.0
22
2
2
2
2
2
=−=−=
=×
==
=×××==
=×
×==
=
××××=
πξπ
ππ
隔震層之特性:
隔震建築物地震反應之計算
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11
mK
QD
KK
mtKtQ
D
gKWT
d
dy
d
u
fdfd
effe
0061.09
10
/2750150
116.0503.2675.0503.2833.033.025.0
503.28.94000
622122
2
==
=
==
=××××=
=×
==
一般而言,
,選定:
ππ
0.001840.0752.490.1150.33
0.001270.0522.200.0620.22
0.000830.0341.610.0220.11
θA=V/W
(g)TeD(m)
PGA(g)
隔震建築物不同地震大小之反應
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12
0.1640.4100.33
0.1690.3270.22
0.2180.2540.11
θ(BI)/θABI/APGA(g)
傳統與隔震建築物不同地震大小反應之比較
V=0.075WV=0.131W
隔震非隔震
上構設計地震力之比較
上構地震力小,較經濟
韌性需求低
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13
主結構體與非結構牆均無損
梁端、一樓柱底產生塑鉸
非結構牆損壞
隔震非隔震
設計地震時上構損壞性能之比較
碰到設計地震後,上構幾乎不必維修
傳統與消能建築物不同地震大小反應之比較
建築物增設位移型阻尼器,勁度增一半,屋頂變位0.06m降伏
V
D
708
960
1250
06.0 092.0 323.0
944
08.0
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14
mD
tV
gPGA
g
mD
tVgPGA
gACT
f
f
y
151.0)0116522.0(1165.0470.008.0323.008.0
6.1033)1165.022.0(1165.0470.0
9441250944
22.0
470.008.0323.01165.0
0755.0944
3.89108.0
3.8911165.0
11.094411.0
1165.05530529.1
944529.1695.0
2.1sec695.0 667.0
=−×−−
+=
=−×−−
+=
=
=×=
=×=
=×==
=×
====
破壞地表加速度
,當
,,
mD
tV
gPGA
f
227.0)1165.033.0(1165.0470.008.0323.008.0
8.1128)1165.033.0(1165.0470.0
9441250944
33.0
=−×−−
+=
=−×−−
+=
=
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15
0.00790.2040.2270.33
0.00520.1870.1510.22
0.00260.1610.0760.11
θA=V/W
(g)D(m)
PGA(g)
消能建築物不同地震大小之反應
0.7051.110.33
0.6931. 180.22
0.6841.200.11
θ(D)/θAD/APGA(g)
傳統與消能建築物不同地震大小反應之比較
加速度變大,層間變位較小,耐震能力增加至0.470g
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16
隔震建築物隔震層之配置
隔震層勁度中心要儘量與上部結構重心重合
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17
捷運新店線公館站聯合開發大樓
隔震層
GL
結論
1. 隔震建築物不論在大、中、小地震下,上部結構引致之加速度及
層間變位角均小於傳統建築物。加速度變小有助於降低居民恐慌
的程度,也可以降低室內擺設與設備損害的程度,而層間變位角
降低有助於控制非結構牆損害之程度。
2. 隔震建築物上部結構的設計地震力低於傳統建築物,因此梁、柱
尺寸及配筋可以減少,造價自然降低。此外,其韌性需求低,因
此韌性細部的要求可以不似傳統建築物那麼嚴格。
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18
3 . 配 置 降 伏 型 阻 尼 器 之 消 能 建 築 物 只 是 將 傳 統 建 築
物 的 耐 震 性 能 做 較 小 幅 度 的 改 變 , 雖 然 可 增 加 阻 尼
比 , 使 耐 震 能 力 提 高 , 但 幫 助 畢 竟 有 限 。 此 外 , 對
上 部 結 構 而 言 , 加 速 度 反 而 增 加 , 對 居 民 恐 慌 性 與
設 備 損 害 程 度 之 控 制 不 但 沒 有 幫 助 , 甚 至 稍 有 不
利 。 當 然 層 間 變 位 角 變 小 , 有 助 於 控 制 非 結 構 牆 的
損 壞 。
4 . 隔 震 建 築 物 大 幅 改 變 傳 統 建 築 物 的 耐 震 性 能,但 也
要 付 出 較 高 的 代 價 。 多 了 個 隔 震 層 , 難 以 當 做 適 當
的 用 途,而 隔 震 層 上、下 因 相 對 位 移 大,因 此 電 梯 、
管 線 的 配 置 需 要 特 別 的 處 理 。
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