依據混凝土結構設計規範要求,為達到「強柱弱梁」原則,在梁柱接合處上下柱極限彎矩強 度總和(∑MC )需要達到鄰接梁極限彎矩強度總和(∑MG )之比值若干倍以上?1.25
混凝土結構設計規範 第15章 耐震設計之特別規定:
柱極限彎矩強度總和(∑MC )需要達到鄰接梁極限彎矩強度總和(∑MG )之6/5倍(1.2倍)以上。(強柱弱梁)
依據結構混凝土設計規範,進行鋼筋混凝土建築耐震設計時,梁之設計剪力應由構材兩端交接 面之可能彎矩強度Mpr計得之剪力,加上該構材由設計重力載重所產生之剪力。惟計算Mpr時,拉力鋼筋之降伏應力應改用1.25倍的標稱降伏應力。
風速隨距地面高度增加而遞增,因作用在建築物上之風壓力與風速平方成正比,故風速之垂直分布情形甚為重要。
將建築的外飾材及內部隔間輕量化,可減少靜載重及設計地震力。
建築物高度相同時,對不含非結構剛性牆、剪力牆或加勁構材之剛構架構造物而言,鋼骨 造之基本週期會大於鋼筋混凝土造之基本週期。
鋼筋混凝土梁於受壓側增加鋼筋量,有減少潛變變形量之效果。
圓球薄殼屋頂結構,頂部因採光需求而部分挖空,自重作用下頂部與底部的環形圈梁受力,頂部為壓力環,底部為張力環
建築物受地震作用時,為了使剪力牆或斜撐能有效發揮其功能,必須確保樓板具有充分的面內勁度與強度。
含窗台牆之鋼筋混凝土柱,易引起脆性破壞,可將柱與窗台牆接觸部分設置隔離縫,以減少脆性破壞 。
建築物超過五層或 20 公尺,非全高度具有同一結構系統者,須以動力分析方法設計之。
某多層樓建築物,其各層的質量皆相等,且各層的勁度亦相等。依照現行「建築物耐震設計規範」 靜力分析法分析時,施加於各層的地震力分布方式,愈上層施加的地震力愈大,往下層漸減少。建築物基面以上各樓層所分配之作用橫力,通常以最下層為最小值。
溫度變化時,靜定結構的形狀會改變,但其桿件內力不變。
溫度變化時,靜不定結構的形狀會改變,其桿件內力也會改變。
溫度變化時,靜不定結構桿件會有應變及應力的改變。
高層建築結構中,常使用核心結構另結合外伸穩定架(outrigger)與外圈桁架(belt truss) 的結構系統型式,來降低建築物的位移與應力。此種結構系統使用外伸穩定架與外圈桁架的主要目的是連結外圍支柱來提高抗側力能力。
連續梁特性
若為 RC 材料時,連續梁須做雙向配筋 。
較同跨距簡支梁,可降低構材之應力。
連續梁須考量負彎矩之現象。
地震對於建築的影響
地震後磚造寺廟的損壞常見山牆下方出現一條水平裂縫,主要為彎矩作用力所造成。地震時梁端部所受之應力較大,因此於梁上設置貫穿孔時,通常設於梁的中央區。
鋼筋混凝土
混凝土之抗拉強度約為抗壓強度的十分之一 。混凝土於水中養護的強度比起空氣中養護者大 。
混凝土的坍度與所使用的單位水量有關。
混凝土硬化初期水分不足時,將影響混凝土強度的發展。
混凝土構造於火災時伴隨著水分的膨脹,有時將產生爆裂。
新拌混凝土之坍度,會隨空氣含量之增加而變大。
使用高強度鋼筋混凝土之結構,因材料強度高可減少構材之斷面積。
當柱承受軸力及單向彎矩時,柱的抗彎強度一定隨軸力的增加而增大 。
增加梁箍筋量,可提高梁之剪力強度。
使用比設計強度高的混凝土,可提高柱的剪力強度。
減少箍筋的間距,可有效防止柱主筋的挫屈。
上部樓層為鋼筋混凝土結構,下部樓層為鋼骨鋼筋混凝土結構時,則轉換層下方之柱鋼骨需延伸至轉換層鋼筋混凝土柱之中間高度。
超高層等細長建築物受風力導致之反覆振動特性中,橫風向的加速度往往比順風向為大。
剛心與質心間的距離稱為偏心距,結構計畫時若減少偏心距,可降低建築物角隅處過大的變形。
撓曲構材在梁柱交接面及其它可能產生塑鉸位置,其壓力鋼筋量不得小於拉力鋼筋量之半。在沿構材長度上任何斷面,不論正彎矩鋼筋量或負彎矩鋼筋量均不得低於兩端柱面處所具最大負彎矩鋼筋量之 1/4。
鋼結構極限設計法
載重係數與載重組合
1.2D +1.6L (2.2-2)
1.2D + 0.5L ±1.6W (2.2-3)
1.2D + 0.5L ± E (2.2-4)
0.9D ± E (2.2-5)
0.9D ±1.6W (2.2-6)
其中,
D =靜載重,結構物構件重量及永久附加物重量。
L =活載重,包括室內人員、傢俱、設備、貯存物品、活動隔間等。
W =風力載重,依據「建築物耐風設計規範及解說」之規定。
E =地震力載重,依據「建築物耐震設計規範及解說」之規定,惟其中起始降伏地震力放大係數αy取1.0。
式(2.2-3)與(2.2-4)中,若結構物之用途為車庫、公眾使用場所或活載重大於0.5tf/m2時, L 之載重係數應為1.0。
鋼骨結構
鋼骨構材中,鋼材之標稱降伏應力愈大者,其寬厚比上限值愈小工字梁承受垂直載重時,通常剪力大部分由腹版承擔,彎矩大部分由翼版承擔
韌性抗彎矩構架為了提高其韌性,對於可能產生塑鉸之柱或梁,應採用寬厚比較小的構材
長細比較大的構材,因為挫屈的影響,其容許壓應力較小
影響鋼柱發生局部挫屈(Local Buckling)之重要參數
鋼材之彈性模數
鋼材之波松比(Poison’s Ratio)
鋼梁結實斷面(Compact Section)
鋼結構構材斷面分四類
二、結實斷面:指彎曲強度可達塑性彎矩,其變形能力約為塑性設計斷面之二分之一者。
三、半結實斷面:指肢材可承壓至降伏應力而不產生局部挫屈,且無提供有效之韌性者。
四、細長肢材斷面:指為肢材在受壓時將產生彈性挫屈者。
為確保鋼結構韌性接頭特質
鋼梁在與鋼柱接合介面之加勁翼板加寬或加厚。
將鄰接鋼柱之鋼梁本體翼板予以削減或鑽孔洞。
高強度螺栓之安裝
第五章 高強度螺栓結合
5.3 高強度螺栓之安裝
由於高強度螺栓安裝時,其預拉力已超過其降伏拉力,若拆後將產生永久變形,此時若再重新安裝使用將導致其塑性變形量加大,致安全度不足,故使用過之螺栓不應再使用。
高強度螺栓應分2次鎖緊至其鎖緊軸力
鎖緊軸力相當於設計規範所規定之最小預拉力,即最小抗拉強度之0.7倍。
木質構造建築物
主要構法包括梁柱構造、集成材構造、框組壁工法、板片構法及原木構造等。木地檻底面通常設置於離地面 20 公分以上之高度,但採用有效之防濕措施者,可酌予減少。
結構用木材含水率
木材含水率與強度關係
就抗彎性質而言每提高1%含水率,抗彎強度會降低2%,抗彎彈性模數會降低4%。另外每提高1%含水率,木材縱向抗壓強度會降低6%,橫向抗壓比例限度應力降低5.5%,縱向引張強度會降低1%,橫向引張強度會降低1.5%,剪斷強度會降低3%。
舉例來說如果木材在含水率12%時測定得到的抗彎強度值為1000 kgf/cm2 (98 MPa),在含水率上升至19%時,可概估為860 kgf/cm2 (84 MPa)。因此在判定一特定樹種木材的強度時,為求客觀同時避免誤判,建議一定要附有當時之木材含水率值。
木材之平均含水率與結合部位之容許應力
無鉸拱/固定拱、二鉸拱/雙鉸拱、三鉸拱
某半圓拱橋跨越在一處會產生錯動之斷層上,若以固定拱(fixed arch)、二鉸拱(two-hinged arch)、三鉸拱(three-hinged arch)來設計時:固定拱、二鉸拱為超靜定結構,三鉸拱為靜定
斷層產生錯動而有二次應力產生時,三鉸拱受到之影響較小
斷層產生上下錯動時,無鉸拱構材內部會產生額外應力
在相同垂直均佈載重作用下,二鉸拱在拱頂產生之彎矩最大
拱水平推力比較
均佈外力作用下,無鉸拱的水平推力最大。
兩種外力作用下,二鉸拱的水平推力都是最小。
力學單位
彈性係數(Modulus of Elasticity)kgf/cm (彈性係數=N/m =kgf/m =力/長度)彎曲應力(Bending stress)kgf/cm2
剪應力(Shear stress)kgf/cm2
剖面係數、截面係數(Section modulus)cm3 截面係數單位為長度三次方
慣性矩 cm4 長度四次方
勁度係數 N/m (單位長度所需施加力量)
分析結構力學的方法
力法(柔度法)
位法