NCREE-2010-024
時間 2010-12-10
標題 中間樓層隔震結構振動台試驗研究
作者 汪向榮蕭佳益、洪瑩真、黃震興張國鎮
摘要
近年來隔震系統在工程實務上的應用已有多起實際案例,但因應經濟與施工條件、都市人口密集及建地取得不易等因素,除一般傳統基礎隔震結構外,中間樓層隔震結構之實務案例亦與日俱增。所謂中間樓層隔震結構即是將隔震系統裝置於中間樓層中,並非傳統基礎隔震結構裝置於基底,而其受震反應也因下部結構柔性的影響,與一般傳統基礎隔震結構有所差異。因此,本文將中間樓層隔震結構模擬成一具有三個堆積質量節點之三自由度簡化模型,以等效線性分析所推導之公式求解中間樓層隔震結構之動力特性及受震反應,其分析參數,包含有效質量、等效阻尼比及有效質量參與係數等,此外中間樓層隔震結構之受震反應也採用反應譜分析法判別之。
同時,本文針對傳統基礎隔震及中間樓層隔震模型進行振動台試驗研究,試驗結果顯示中間樓層隔震結構可發揮良好之隔震效益。然而,由於第一模態質量參與係數明顯小於傳統基礎隔震結構,所以在中間樓層隔震結構中可明顯看出高模態效應。此外,隔震器裝置於較高樓層時,隔震層會有較大之變形反應,且上部結構與下部結構之位移與受力反應存在一超過90度之相位差關係。試驗結果可知,上部結構之受力行為主要為第一模態反應,而下部結構之受力行為主要為高模態控制,因此,在中間樓層隔震設計中,應合理考量高模態效應。
藉由數值分析及試驗研究結果可知,中間樓層隔震結構如採用傳統基礎隔震之等效靜力分析程序,將有諸多不合宜之處。在考慮上部與下部結構對整體結構動力反應之影響,隔震系統之位移及阻尼比應更被準確且保守估計,並由數值分析可發現,在適當且保守地考慮隔震系統之等效週期(等效勁度)與有效阻尼比下,考量足夠模態之反應譜分析可作為中間樓層隔震結構之初步設計方法。
關鍵字 中間樓層隔震, 高模態, 等效線性分析, 等效靜力分析, 反應譜分析
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