中興工程季刊.第108期.2010年7月.PP. 15-22 http://www.sinotech.org.tw/journal/ 15 SINOTECH ENGINEERING CONSULTANTS,INC. 工程技術SAP2000非線性動態歷時分析模擬 預測實尺寸鋼結構建築物崩塌實驗 吳嘉偉* 薛 強** 張瑜晏* 摘 要 由於結構耐震性能設計逐漸為工程界所接受加上結構非線性分析軟體使用也已經很普遍,因此 國內對於既有建築物的耐震安全評估都要求採用非線性靜力分析的方式來評估,用以確認建築物在 大地震下的非線性行為是否滿足預期的性能要求,對於不規則的建築物,為了反應其複雜的動態特 性,則比較適合採用非線性歷時分析的方式來評估,然而非線性歷時分析是否能真正反應結構物的 實際非線性行為,仍缺乏實際案例驗證,因此有必要了解非線性歷時分析與建築物實際破壞行為間 的差異性。本文以日本 E-Defense 之五層樓實尺寸鋼結構建築物動態崩塌試驗為例,在試驗前以 SAP2000 非線性歷時分析來預測試驗結果,文中將比較與說明非線性歷時分析與試驗結果的差異 性,並對非線性歷時分析的幾何模擬、塑鉸、參數設定等項目進行差異分析,希望能讓工程師對進 行非線性歷時分析時有所幫助。 關鍵字:非線性動態歷時分析、SAP2000、E-Defense 一、前 言 建築物耐震性能設計法與建築物生命週期成 本設計方法逐漸被重視,再加上近年來不斷發生 大規模地震導致房屋倒塌造成人命傷亡的事件層 出不窮,所以工程界與學術界都希望能進一步了 解建築物的非線性行為,尤其是在大地震下的破 壞行為,並希望能以數值模擬的方式,在建築物 設計階段就能夠計算在多大地震作用下建築物會 倒塌,目前能夠執行非線性分析的建築分析軟體 越來越多,但是由於非線性分析耗時耗工且分析 結果準確性無法驗證,使得一般實務設計者不願 意採用而僅多在學術研究上使用,目前工程界較 熟悉的分析工具仍是 ETABS/SAP2000 系列的產 品,若能夠以此通用的分析工具準確預估建築物 的非線性行為,除了讓設計者不必再增加學習成 本因而提高使用的意願外,利用非線性分析驗證 設計成果更能夠保障建築物的安全。 本文將以日本 E-Defense 之鋼結構建築物動 態崩塌試驗為例,在試驗前以 SAP2000 非線性動 態歷時分析預測試驗的桔果,文中將比較與說明 SAP2000 非線性歷時分析與實驗結果的差異性, 並對非線性歷時分析的幾何模擬、塑鉸模型設定 方式、參數選擇與設定等項目詳細說明,並對其 中幾項參數進行差異分析,希望能讓工程師在執 行 SAP2000 非線性歷時分析時減少研究如何分析 與設定的時間,並對分析結果的準確性有參考性 的了解。 * 中興工程顧問社土木水利工程研究中心前研究員 ** 中興工程顧問社土木水利工程研究中心結構組組長