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風工程     ASCE7-02(95、103)
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鋼結構     LRFD2-1993(87、96、99)  ASD13-1989(87、96、99)

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鋼結構     鋼構造設計便覽2018

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上次更新:20201220
美國工程規範、日本工程規範、中國工程規範及電腦應用技術
結構可靠度通用原則    ISO2394-1973, ISO2394-1986, ISO2394-1986(1988a), ISO2394-1998
結構載重         ASCE7-1970, ASCE7-1976, ASCE7-1982, ASCE7-1988, ASCE7-1993, ASCE7-2002, ASCE7-2010, ASCE7-2016
地震工程         UBC-1970, UBC-1976, UBC-1982, UBC-1988, UBC-1994, IBC-2000, IBC-2006
鋼結構          AISC ASD-1969, AISC ASD-1978, AISC ASD-1989, AISC LRFD-1986, AISC LRFD-1993, AISC LRFD-1999, ANSI/AISC 360-2005, ANSI/AISC 360-2010, ANSI/AISC 360-2016
鋼筋混凝土        ACI318-1971, ACI318-1977, ACI318-1983, ACI318-1989, ACI318-1995, ACI318-2005M
基礎構造         建築基礎構造設計指針-1988
結構可靠度(建築結構)  GB50068-2001, GB50068-2018
結構可靠度(工程結構)  GB50153-1992, GB50153-2008
結構載重         GB50009-2001(2006a), GB50009-2012, GB50009-2019
地震工程         GB50011-2001, GB50011-2010, GB50011-2010(2016a)
鋼結構          GBJ17-1988, GB50017-2003, GB50017-2017
鋼筋混凝土        GB50010-2002, GB50010-2010(2015a)
地基基礎         GB50007-2002
有限元素分析軟體     SAP90, ABAQUS, ANSYS, SAP2000, STAAD.Pro, ETABS, PKPM
水利分析軟體       HEC-RAS, SWMM
數學軟體         Mathematica, SageMath, Maxima
統計軟體         R
數值軟體         MATLAB, Octave
繪圖軟體         AutoCAD, SolidWorks, AutoCAD Civil3D, SketchUp
專案軟體         GanttProject, MS-Project
結構化程式語言      ANSI C, C99, C11
物件導向程式語言     C++98, Java
FORTRAN系統    FORTRAN77, FORTRAN95
VB系統         QuickBasic, Visual Basic, Visual Basic.NET, AutoCAD VBA, MS-Word VBA, MS-EXCEL VBA
組合語言         MASM
網頁語言         HTML4, HTML5, VBScript, JavaScript

上次更新:20220416
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銀行名稱: 中國信託商業銀行
銀行代號: 822
存款帳號: 358540485594
戶  名: 黃慶民

2015年6月8日 星期一

結構荷載組合公式載重符號II

  我提出3個結構載重組合公式,其載重符號經套用於土木、機械、車輛、造船及航太,詳見以下表格所列項目。其中,靜載重的流體力,都是採用滿載原則。在機械結構設計裡,對於地震力E的考慮,需要評估擺在地上的問題。靜載重D的流體力以滿載量概估,而土木的流體力是溢堤2﹒5m估算。靜載重D的普通靜載重,為設備或集中載重的加載項目。活載重L的普通活載重,為行業基本活載重的加載項目。

超額靜載重控制式
地震力控制式
風力控制式



牛頓力學基本原理

★設計地震力(土木工程、機械工程、車輛工程、造船工程、航太工程、防禦工程、武器工程)
STAAD﹒Pro
ANSYS Structural
IBC1994
◎建築物耐震設計規範及解說1999
◎設計水平地震力加速度 ≦ 600gal
◎特大設計水平地震力加速度 ≒ 2﹒5a ≦1500gal
◎設計垂直地震力加速度和特大設計垂直地震力加速度經工程規範以比例換算得之

牛頓流體基本原理

★設計風力(土木工程、機械工程、車輛工程、造船工程、航太工程、防禦工程、武器工程)
ANSYS CFX
ASCE7-02
◎建築物耐風設計規範及解說2014
◎專業領域之設計水平風力速度
◎專業領域之特大設計水平風力速度 ≒ 1﹒58V
◎專業領域之設計垂直風力速度和特大設計垂直風力速度經工程規範以比例換算得之




★結構分析(土木工程、防禦工程)
STAAD﹒Pro
ANSYS Structural

★結構設計(土木工程、防禦工程)
◎彈性設計(設計地震力、設計風力)
 樑柱版構件和非結構牆彈性設計/STAAD﹒Pro/
◎彈性設計(特大設計地震力、特大設計風力)
 剪力牆和接頭構件彈性設計/STAAD﹒Pro/
 重要樑柱版構件彈性設計
 涉倒塌接頭移轉塑鉸塑性設計
(樑構件塑鉸移轉至兩端點向內側估算
 有小樑之大樑結構設計,約構件長度22﹒2%~22﹒7%做翼板切削
 無小樑之大樑結構設計,約構件長度22﹒0%~22﹒5%做翼板切削)





靜載重D=①+②+③+④ 活載重L=①+②+③+④+⑤+⑥+⑦+⑧ 地震力E=①+② 風力X
①結構自重
②結構表面冰載重
③結構之流體力
④結構設備或集中載重
①結構表面雪載重
②結構表面雨水載重
③結構之土壤力
④結構之溫度效應
⑤結構之不等沉陷等效應
⑥結構結構之振動力
⑦結構之爆炸力
⑧結構活載重
①靜載重地震力
②活載重地震力
◎風力



★固體力學分析(機械工程、車輛工程、造船工程、航太工程、武器工程)
ANSYS Multiphysics
ANSYS LS-Dyna

★流體力學分析(機械工程、車輛工程、造船工程、航太工程、武器工程)
ANSYS CFX

★結構設計(機械工程、車輛工程、造船工程、航太工程、武器工程)
◎彈性設計(設計地震力、設計風力)
 樑柱版牆殼彈性設計/ANSYS Multiphysics/
◎彈性設計(特大設計地震力、特大設計風力)
 接頭構件彈性設計
 重要樑柱版牆殼構件彈性設計
◎塑性設計(高速撞擊活載重)
 重要樑柱版牆殼構件塑性設計/ANSYS LS-Dyna/





靜載重D=①+②+③+④ 活載重L=①+②+③+④+⑤+⑥+⑦+⑧+⑨ 地震力E=①+② 風力X
①機械自重
②機械表面冰載重
③機械水箱和油箱之流體力
④機械設備或集中載重
①機械表面雪載重
②機械表面雨水載重
③機械表面積水載重
④機械之溫度效應
⑤機械之不等沉陷等效應
⑥機械結構不穩定效應
⑦機械結構之振動力
⑧機械結構之爆炸力
⑨機械結構活載重
①靜載重地震力
②活載重地震力
◎風力




靜載重D=①+②+③+④ 活載重L=①+②+③+④+⑤+⑥+⑦+⑧ 地震力E=①+② 風力X
①車輛自重
②車輛表面冰載重
③車輛水箱和油箱之流體力
④車輛設備或集中載重
①車輛表面雪載重
②車輛表面雨水載重
③車輛之溫度效應
④車輛之不等沉陷等效應
⑤車輛結構不穩定效應
⑥車輛結構之振動力
⑦車輛結構之爆炸力
⑧車輛結構活載重
①靜載重地震力
②活載重地震力
◎風力




靜載重D=①+②+③+④ 活載重
L=①+②+③+④+⑤+⑥+⑦+⑧+⑨
地震力E=①+② 風力X
①船舶自重
②船舶表面冰載重
③船舶水箱和油箱之流體力
④船舶設備或集中載重
①海浪或河川之流體力
②船舶表面雪載重
③船舶表面雨水載重
④船舶表面海水載重
⑤船舶之溫度效應
⑥船舶結構不穩定效應
⑦船舶結構之振動力
⑧船舶結構之爆炸力
⑨船舶結構活載重
①靜載重地震力
②活載重地震力
◎風力




靜載重D=①+②+③+④ 活載重L=①+②+③+④+⑤+⑥+⑦+⑧ 地震力E=①+② 風力X
①飛機自重
②飛機表面冰載重
③飛機水箱和油箱之流體力
④飛機設備或集中載重
①飛機表面雪載重
②飛機表面雨水載重
③飛機之溫度效應
④飛機之不等沉陷等效應
⑤飛機結構不穩定效應
⑥飛機結構之振動力
⑦飛機結構之爆炸力
⑧飛機結構活載重
①靜載重地震力
②活載重地震力
◎風力



  鋼筋混凝土維持強度折減係數,其中的柱折減係數改回固定值0﹒7,因為結構可靠度產生的數值非不固定。鋼筋混凝土的折減係數,涉及到樑柱版牆的施工技術,因而我支持維持折減技術。鋼結構在AISC360-10,拉壓彎剪扭都是採用0﹒9,我決定都是採用1﹒0的不做折減值,然而RC版、銲接、和螺栓接合設計及鋼板剪力牆(0﹒7)維持折減,結構設計者實際決定結構設計,包括:靜載重、活載重、地震力及風力。

  建築結構的高寬比,原則上不要超過1:6的門檻;建築高度的最大極限,原則上不要超過1500公尺的門檻(筒體結構雙層BOX為主),而且韌性框架涉崩塌的重要構件吸收100%的特大地震力(塑性設計),而鋼板剪力牆採取額外吸收75%的特大地震力(彈性設計)。涉佔地表大面積,必須考慮大地曲率的沉陷效應。樓層高度6﹒5公尺,10樓以下為SRC,11樓以上是純SS。

結構系統:筒體結構雙層BOX

  在機械固體力學裡,以ANSYS Multiphysics做D、L、E、X產生各構件應力,會使各構件都有D、L、E、X4種內力值,再以我提出的3個結構載重組合公式,讓各構件都擁有3個極限載重的U值,而每個構件的3個最大von Mies Stress都拿來做比較,是否超過普通可銲鋼材SM400的245MPa,或是否超過超鋼材980鋼板的980MPa,以個別對各構件需求強度訂尺寸做結構設計。

  D和L在不同使用條件下,結構設計者需要把部份荷載拿出來或放進去,以產生一大堆1組3個最大von Mies Stress,來達到各種使用條件下滿足結構設計要求的門檻。D是根據D和L當時的條件,以產生出對應的E數據經靜力分析產生的各構件數值,而X是不同使用條件下對應風速值的風力,經靜力分析產生的各構件數值。結構每個構件都有各種條件下,以3個1組的von Mies Stress,再經採用的材料的彈性降伏應力值Fy做控制,而剪應力的控制值普通為0﹒577Fy,也就是取Fy以根號3取倒數的相對應關係,此為剪力理論計算值得彈性剪力降伏應力值。

  在普通地震力或風力作用時,建築結構設計是採彈性結構設計標準。在鋼筋混凝土的建築設計裡,對於超大地震力或風力作用時,必須考慮到結構韌性設計基本結構設計原則;在鋼結構做建築物設計裡,對於超大地震力或風力作用時,必須考慮到塑性設計允許建築物永久變形,此為結構韌性設計基本結構設計原則。在土木工程裡,其結構設計基本原則,為「小震不壞,中震可修,大震不倒。」業主提出的結構設計標準,乃是中震等級的結構荷載門檻。

  為什麼要塑性設計?以較大的外力做結構分析,而且有納入二階P-△分析,會對於接頭、柱和剪力牆產生較大的內力,已經超過原結構尺寸對應的彈性強度,此時需要假設構件發揮塑性強度,因而必須對接頭和柱做塑性設計,卻對於重要構件剪力牆做彈性設計。在土木工程裡,塑性設計在於避免崩塌行為,以使內部人員不因結構破壞造成死亡。在機械及機械衍生的領域裡,在不傷及內部人員的前提下,塑性設計為相關構件預估的最大變形量,做為ANSYS LS-Dyna變形後的控制值,以調整樑柱版牆尺寸來降低變形量至不傷及人員為止。

  在機械相關領域裡,以ANSYS Multiphysics做普通設計標準的結構分析,然後要求機構設計者修改尺寸再做相同的結構分析,並反覆此模式直到結構設計尺寸符合普通設計標準,包括:一、von Mises Stress以Fy當標準小於各種不同條件的工況;二、剪力von Mises Stress以0﹒577Fy當標準需小於各種不同條件的工況。之後,以ANSYS LS-Dyna做特大設計標準的結構分析產生各種不同條件的工況,然後要求機構設計者修改尺寸再做相同結構分析,並反覆此模式直到結構設計尺寸符合變形量設計標準。然後,以此模型再回復到ANSYS Multiphysics做普通設計標準的結構分析,以確認修改尺寸會造成內力再分配問題的尺寸修改需求。爾後,再回復到ANSYS LS-Dyna做特大計標準的結構分析,並重覆完全相同的結構分析過程以至兩種軟體在兩種條件的各種不同結構分析條件下,都符合工況和變形量的標準為最終的結構設計。

  在土木領域和機械多數領域,幾乎都存在做疲勞分析的相關需求,而疲勞分析並不是結構分析的範圍,但是我提出以結構分析的模式,來落實結構疲勞分析的方法。根據循環結構荷載條件,以詳細計算出循環結構荷載的總次數,並根據疲勞應力公式或查詢表格的方式,來獲取循環結構荷載次數對應的應力幅,就得定義正應力最大值和負應力最小值。以不同條件的循環結構荷載做為結構荷載,採取結構分析程序去檢查最大應力和最小應力,以確保全部應力介於正應力最大值和負應力最小值,而使得結構不會有疲勞應力破壞的相關問題。以工程結構來說,不是所有的工程結構都要做疲勞分析,要做疲勞分析的項目得考慮我的方法。簡而言之,就是忽略D和E,並以循環荷載L或X為輸入條件,做應力最大和最小值的檢核,而且並不用考慮到係數1﹒5。

土木領域業主是結構設計人
涉機械領域CEO是結構技師
C﹒M﹒Huang結構設計理論非常簡單