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系統識別號 U0026-1708201715342800
論文名稱(中文) 建築物樓層及室內懸吊式明架天花板受垂直向地震之行為研究
論文名稱(英文) Seismic Analysis of Vertical Motion Effects on Buildings and Interior Suspended Ceilings
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 建築學系
系所名稱(英) Department of Architecture
學年度 105
學期 2
出版年 106
研究生(中文) 陳威中
研究生(英文) Wei-Chung Chen
學號 N78991104
學位類別 博士
語文別 中文
論文頁數 162頁
口試委員 指導教授-姚昭智
口試委員-張國鎮
口試委員-柴駿甫
口試委員-杜怡萱
口試委員-鍾育霖
口試委員-郭耕杖
中文關鍵字 垂直向地震  懸吊式輕鋼架天花板  明架式天花板  斜撐組  振動台實驗  建築物垂直向樓高放大係數  建築物垂直向自振頻率 
英文關鍵字 vertical motion  vertical floor amplification factor  suspended ceilings  lateral bracing assembly  shaking table experiment 
學科別分類
中文摘要 明架天花板系統之破壞一直以來都是地震中最常面臨的震害問題之一,其中較令人畏懼的情況即是發生大面積天花板崩落,不僅可能會造成人員受傷甚至會影響建築空間震後之使用機能。多年來國內外眾多研究團隊為了提升明架天花板之耐震性能陸續進行過許多相關實驗及研究,迄今亦成功發展出一套耐震工法並已實際應用於天花板案場中;然則近期卻有研究發現耐震型天花板系統雖能有效抵抗水平向地震力,但在垂直向地震力作用下仍有損壞之疑慮。有鑑於此,本研究透過振動台實驗測試垂直向地震對於明架天花板系統之影響,並針對天花板破壞模式及垂直向振動特性做進一步分析。
此外,根據振動傳遞之路徑可知天花板系統之振動反應必然會與建築物振動行為密切相關,不論是發生於建築樓層之振動規模或是建築物頻率特性都會直接對天花板系統造成顯著的影響。因此本文並非僅侷限於探討明架天花板之耐震能力,同時也利用實際建築物強震紀錄資料分析建築物在垂直方向上之振動特性。本研究內容主要可分為兩大部分,第一部分為探討建築物在垂直方向上之振動特性,利用中央氣象局之強震監測系統蒐集建築物實際地震紀錄資料,針對台灣地區強地動特性分析建築物之樓層振動反應以及頻率特性;第二部分則是研究垂直向地震對於明架天花板系統之影響,透過振動台試驗實際測試目前國內天花板系統之耐震性能。本研究不僅將天花板破壞情形作綜合性整理,同時亦特別針對天花板耐震工法中之斜撐組做進一步研究,分析斜撐組在地震中之實際效用。除此之外,為能瞭解天花板系統之內力分布狀況,本研究利用SAP2000結構分析軟體建置明架天花板電腦模型,過程中不僅僅檢核電腦模型之模態特性,更以振動台之輸入紀錄進行動力歷時分析比對電腦模型輸出反應與實驗量測值,藉以確認電腦模型之合理性。完成後之天花板電腦模型可用於模擬各式不同條件下明架天花板系統之地震動態反應。
最終,本文結合兩部分研究成果提出明架天花板耐震檢核之建議公式,適用對象必須是耐震型天花板系統。此公式目的在於避免天花板發生崩塌情形,地震中若能控制天花板不崩落即可確保人員生命安全,且不致影響震後建築物之空間機能。使用者於現場施工前可依據天花板案場所在工址及樓高等條件預先評估天花板是否有崩塌之可能性,若有疑慮則可重新調整設計從而提升明架天花板系統之耐震品質。
英文摘要 This study presents the vertical motion effects on buildings and interior suspended ceilings, and the main contents of it can be divided into two parts. In the first part, real earthquake records of buildings around Taiwan were used to find out the characteristics of the vertical floor acceleration amplification and the vertical natural frequencies of buildings. The results show that the vertical amplification factors of top floor for high-rise buildings and low-rise buildings are 1.81 and 2.64 respectively, and the taller the building is, the lower the natural frequency of the building will be.
Full scale shaking table experiments of suspended ceiling systems were conducted in the second part. Some ceiling specimens were subjected to unidirectional ground motions while the others were subjected to a horizontal and a vertical ground motions acting together. The results demonstrate that there is almost no damage to the ceiling system in response to unidirectional ground motions. However, some significant failure patterns were observed when the vertical ground motions were added to the tests. The other observations reveal that the use of the lateral bracing assembly including compression post may not improve the seismic performance of the ceiling system. The unbraced ceiling systems performed well just as the braced ceiling systems when excited only by horizontal ground motions, and they performed better when subjected to strong vertical excitation.
論文目次 摘要 I
英文摘要 II
誌謝 IX
目錄 XI
表目錄 XV
圖目錄 XVII
第一章 緒論 1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 研究內容與方法 6
1-3 文獻回顧 7
1-3-1 垂直向地震研究分析 7
1-3-2 明架天花板耐震研究分析 10
1-4 論文架構與研究限制 12
1-4-1 論文架構 12
1-4-2 研究限制 13
第二章 建築物垂直向振動特性研究 15
2-1 前言 15
2-1-1 樓層垂直向振動反應 15
2-1-2 建築物垂直向強震監測記錄 18
2-2 建築物垂直向樓高放大係數研究 19
2-2-1 垂直向樓高放大係數 19
2-2-2 建築物中間樓層樓高放大係數分析 24
2-2-3 國外建築物樓高係數分析 26
2-2-4 隔震建築物樓高放大係數分析 27
2-3 系統識別理論 30
2-3-1 多自由度頻率轉換函數 30
2-3-2 ARX(AutoRegressive eXogenous)模型 32
2-3-3 建築物振動頻率驗證 33
2-4 建築物垂直向振動頻率研究 36
2-4-1 建築物垂直向振動頻率分析 36
2-4-2 建築物振動頻率與樓層振動反應研究 39
2-5 近斷層地震及遠斷層地震與樓層振動反應之研究 43
2-6 小結 46
第三章 明架天花板振動台實驗 47
3-1 前言 47
3-1-1 台灣明架天花板系統介紹 47
3-1-2 台灣耐震型明架天花板系統 50
3-2 振動台實驗規劃 56
3-2-1 實驗框架介紹 56
3-2-2 實驗量測設備介紹 58
3-2-3 實驗試體介紹 59
3-2-4 實驗輸入震波介紹 66
3-3 實驗結果 70
3-3-1 實驗歷程介紹 70
3-3-2 天花板破壞模式說明 79
3-4 水平斜撐組耐震性能研究 85
3-4-1 斜撐組系統之垂直振動反應 85
3-4-2 斜撐組系統之耐震性能 89
3-5 小結 91
第四章 明架天花板電腦模型分析 93
4-1 前言 93
4-1-1 實驗框架模型 93
4-1-2 天花板系統模型 95
4-2 電腦模型檢核 96
4-2-1 無斜撐組天花板模型 96
4-2-2 有斜撐組天花板模型 99
4-3 大面積天花板模擬 103
4-3-1 骨架水平向振動反應 103
4-3-2 骨架垂直向振動反應 108
4-4 斜撐系統與無斜撐系統之比較 110
4-5 小結 113
第五章 明架天花板垂直向振動特性研究 115
5-1 構件單元實驗 115
5-1-1 骨架垂直載重實驗 115
5-1-2 吊筋垂直載重實驗 121
5-2 明架天花板垂直振動特性研究 124
5-2-1 建議之明架天花板耐震檢核公式之操作型態 124
5-2-2 天花板振動放大係數 125
5-2-3 共振修正係數 127
5-2-4 面積修正係數 127
5-2-5 建議之明架天花板耐震檢核公式之應用 132
5-3 小結 134
第六章 結論 135
6-1 結論 135
6-1-1 建築物樓層受垂直向地震之行為研究 135
6-1-2 明架天花板受垂直向地震之行為研究 136
6-2 建議 138
參考文獻 139
附錄A 143
附錄B 145
參考文獻 1.內政部營建署編輯委員會(2011)。建築物耐震設計規範及解說。台北:中華民國內政部營建署。
2.Elnashai, A. S. and Papazoglou A. J. (1997). Procedure and spectra for analysis of RC structures subjected to strong vertical earthquake loads. Journal of Earthquake Engineering, 1(1), 121-155.
3.冨樫 秀行、有山 伸司、大迫 勝彦、原口 圭、大庭 章、山中 祐一、阿部 照芳(2012)。仙台駅新幹線ホームの天井材落下に関する研究。日本建築學會。
4.佐佐木晴夫、高井 賢、松本 譽明(2012)。天井落下・崩落の要因分析。日本建築學會。
5.楊明皓(2015)。台灣暗架天花板耐震研究。碩士論文。台南:國立成功大學建築研究所。
6.林聖宗(2015)。台灣金屬條狀式天花板耐震研究。碩士論文。台南:國立成功大學建築研究所。
7.陳建忠、姚昭智、陳威中、楊明皓、林聖宗、李台光、劉建宏、楊智凱(2015)。建築物非結構構材-大面積暗架天花板耐震性能檢討。內政部建築研究所資料蒐集分析報告。台北:內政部建築研究所。
8.ASTM-E580/E580M-09, (2010), Standard Practice for Installation of Ceiling Suspension Systems for Acoustical Tile and Lay-in Panels in Areas Subject to Earthquake Ground Motions. ASTM International.
9.Soroushian, S., Maragakis, E. M., Itani, M., Pekcan, G., Zaghi, A. E. (2011), Design of a Test Bed Structure for Shake Table Simulation of the Seismic Performance of Nonstructural Systems, Structures Congress, Proceeding of 42nd Structures Congress, ASCE/SEI, Las Vegas, USA.
10.Soroushian, S., Ryan, K. L., Maragakis, E. M., Sato, E., Sasaki, T., Okazaki, T., Tedesco, L., Zaghi, A. E., Mosqueda, G., Alvarez, D. (2012), Seismic Response of Ceiling/Sprinkler Piping Nonstructural Systems in NEES TIPS/NEES Nonstructural/NIED Collaborative Tests on a Full Scale 5-Story Building, Proceeding of 43th Structures Congress, ASCE/SEI, Chicago, USA.
11.AC156, (2007), Acceptance Criteria for Seismic Qualification by Shake-table Testing of Nonstructural Components and Systems. ICC Evaluation Service inc..
12.SHRESTHA, B. (2009). Vertical ground motions and its effect on engineering structures: a site-of-the art review. International Seminar on Hazard Management for Sustainable Development, 190-202.
13.Bozorgnia, Y., Niazi, M., Campbell K.. (1995). Characteristics of Free-Field Vertical Ground Motion during the Northridge Earthquake. Earthquake Spectra, Vol. 11, No. 4, 515-525.
14.Elnashai, A. S. and Papazoglou A. J. (1997). Procedure and spectra for analysis of RC structures subjected to strong vertical earthquake loads. Journal of Earthquake Engineering, 1(1), 121-155.
15.Bozorgnia, Y., Mahin, S. A., and Brady, G.. (1998). Vertical Response of Twelve Structures Recorded during the Northridge Earthquake. Earthquake Spectra, 14(3), 411-432.
16.Moroni, M. O., Sarrazin, M., & Boroschek, R. (1998). Experiments on a Base-Isolated Building in Santiago, Chile. Engineering Structures, 20(8), 720-725.
17.Elgamal, A., and He, L. (2004). Vertical Earthquake Ground Motion Records: An Overview, Journal of Earthquake Engineering, 8(5), 663-697.
18.Elnashai, A. S., He, L., Elgamal A. (2004). Spectra for Vertical Earthquake Ground Motion, 13th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, B.C., Canada.
19.Reinhorn A.M., Ryu K.P. and Maddaloni G. (2010). Modeling and seismic evaluation of nonstructural components: Testing frame for experimental evaluation of suspended ceiling systems. NEES Nonstructurel.
20.Wang, G. Q., Zhou, X. Y., Ma, Z. J., Zhang, P. Z. (2001). A Preliminary Study on the Randomness of Response of the 1999 Chi- Chi, Taiwan, Earthquake. Bulletin of the Seismological Society of America, 91(5), 1358-1369.
21.Eiji, S., Sachi, F., Atsuo, K., and Masayoshi, N. (2011). Full-scale shaking table for examination of safety and functionality of base-isolated medical facilities. Earthquake Engineering & Structures Dynamics ,40(13), 1435-1453.
22.Sachi, F., Eiji, S., and Masayoshi, N. (2012). Structural and Equipment Performance of Base-isolated Medical Facility subjected to Strong Vertical Ground Motions, 15th World Conference on Earthquake Engineering, Lisboa, Portugal.
23.劉大海、楊翠如(1997)。高層建築抗震設計。台北:淑馨出版社。
24.曾瀚逸(2002)。建築結構在垂直地震作用下之動力反應特性。碩士論文。台中:朝陽科技大學營建工程系。
25.劉坤松、蔡義本(2007)。以921集集地震之建築物強震紀錄探討大樓高層震度的放大效應。建築學報(61,151-173)。
26.郭鳳文(2013)。一般建築與隔震建築之垂直向地震反應分析。碩士論文。台南:國立成功大學建築研究所。
27.薛嘉傑(2014)。垂直及水平地震力作用下框架式結構振動效應對設備反應之影響。碩士論文。高雄:國立高雄第一科技大學營建工程研究所。
28.張友珊(2015)。建築物樓層受垂直向地震力之反應特性分析。碩士論文。台南:國立成功大學建築研究所。
29.ANCO. (1983), Seismic Hazard Assessment of Nonstructural Ceiling Components. NSF Rep. No. CEE-8114155. Culver City, CA.
30.Rihal, S. and Granneman, G.. (1984), Experimental Investigation of the Dynamic Behavior of Building Partitions and Suspended Ceilings During Earthquakes. Report No. ARCE R84-1,California Polytechnic State University, Pomona, CA.
31.Yao, G.C. (2000), Seismic Performance of Direct Hung Suspended Ceiling Systems, J. of Architectural Engineering, ASCE, Vol. 6, No. 1. March. 2000, 6-11.
32.Badillo-Almaraz, H., Whittaker, A., ans Reinhorn, A. M.. (2007). Seismic Fragility of Suspended Ceiling Systems, Earthquake Spectra, 23(1), 21-40.
33.Gilani, A. S. and Reinhorn, A. M. (2010). Earthquake Simulator Testing and Seismic Evaluation of Suspended Ceilings, J. of Architectural Engineering, ASCE, June. 2010, 63-73.
34.ASCE. (2010), Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures. ASCE 7-10, American Society of Civil Engineers, NY, USA
35.Yao, G. C. and Chen W. C.. (2017). Vertical Motion Effects on Suspended Ceilings, 16th World Conference on Earthquake Engineering, Santiago, Chile
36.柯宏明(2004)。建築物系統識別與損壞評估之研究。碩士論文。台南:國立成功大學土木工程研究所。
37.AS/NZS 2785:2000. (2000). Suspended Ceilings-Design and Installation. Australian/New Zealand Standard.
38.Lawrence Livermore Laboratory (1980). The LLNL Earthquake Impact Analysis Committee Report on the Livermore, UCRL-52956, USA.
39.內政部建築研究所(1998)。嘉義瑞里地震建築災害調查報告書。台北。
40.許茂雄等(1999)。一九九九集集大地震災害調查研討會論文集。台北:國科會工程科技推廣中心。
41.ASTM-C635/C635M-07, (2007), Standard Specification for the Manufacture, Performance, and Testing of Metal Suspension Systems for Acoustical Tile and Lay-in Panels Ceilings. ASTM International.
42.許弘(2010)。觀念鋼結構。台北:文笙書局。
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