建筑结构设计的发展方向

　　建筑结构设计的发展方向，在住宅区都是１４Ｆ的ＲＣ集合住宅，在商业区都是板公式产生的大栋建筑物，或是商业区都是３０Ｆ标准化的商业大楼，仅是在帷幕墙设计形式多变、多花样及多造型。钢柱必须是１８米至顶楼，不得中断用焊接或对接作衔接。造型多变板的结构强度，应经由结构实验作确认。


　　其中，Ｍｘ是Ｘ向下层钢筋的挠曲强度，Ｍｙ是Ｙ向上层钢筋的挠曲强度，因而Ｍｙ稍微小于Ｍｘ的挠曲强度。当Ｌ和Ｂ长度相同时，挠曲强度是Ｍ＝Ｍｘ＋Ｍｙ；当Ｌ和Ｂ符合２倍比例的单向板时，挠曲强度是Ｍ＝Ｍｘ＋Ｍｙ／８。当前单向板不考虑Ｍｙ／８，仅考虑到Ｍｘ的挠曲强度。

　　在大栋建筑物的内部，全部是方方正正的楼地板，其外围是非大跨度ＣＳ板，或外柱支撑的造型多变板。建筑物的某两点可以盖桥梁，其用途在于供人行步道散步，需求荷载都是人群可变荷载，而不是大型车辆的移动荷载。大栋建筑物不一定是公司总部，其实可以让很多公司承租为办公室，主要用途都是商业办公和商务活动。

　　非合成构材的纯ＳＲＣ建筑物，其接头通常是焊接钢筋续接器，此种施工接头不适合高楼结构，应以５Ｆ以下为ＳＲＣ的用途。冷轧型钢结构的板材相当薄，较容易弹性挫屈或侧向扭转挫屈，应以４Ｆ以下为冷轧型钢的用途。木结构不耐震，应以３Ｆ以下为其楼层高。砖结构和石结构，都是仅以墙身为主要的构造，应以２Ｆ以下和１Ｆ为其用途。

ＳＲＣ、冷轧型钢、木、砖、石

结构可靠度结构荷载组合的使用技巧

　　当取得某构造的结构尺寸时，在有限元建模后对Ｄ和Ｌ工况皆输入１﹒４５，在Ｄ和Ｌ荷载皆输入做静力分析后，旋即可得知仅有自重和可变荷载条件下，构造是否具有完全的自立能力不倒塌。在第一式具有余裕空间下，亦即完全符合第一式检核值及有额外余裕，才具备第二式和第三式的地震作用和风荷载作用的抵御能力。第一式仅有１个，第二、三式有９个和８个，因而第一式可快速确认Ｄ和Ｌ。Ｄ和Ｌ工况系数是１﹒４５，此即水平地表加速度４００ｇａｌ对应的垂直地表加速度，此为刚度很高的拟静力分析。第二式的Ｅｖ，其采用的是垂直地震反应谱，并不是刚度很高的拟静力分析。反应谱产生的静力分析结果，并不是梁柱板墙受力均匀的状态。

　　拟静力分析，大约出现于１００年前，其采用的是Ｆ＝ｍａ估算地震力，并不考虑结构具有些许柔性，以致实质吸收地震力未达Ｆ＝ｍａ。结构动力分析原始方法，采用牛顿力学的Ｆ＝ｍａ作为地震力计算公式。

①１﹒４５（Ｄ＋Ｌ）　　　　（拟静力分析／垂直地表加速度换算系数０﹒１５／受力均匀）
②１﹒３Ｄ＋１﹒５Ｌ＋Ｅｖ　（结构动力分析、垂直地震反应谱／通常是六级或八级设防／受力不均匀）

建築物樓層數的限制和極限高度的形狀

　　任何的框架結構，都具有二階Ｐ－ｄｅｌｔａ效應，其全棟樓層側移量會有二階效應，因而建築物樓層有極限高度的限制。樓層高度越高，二階Ｐ－ｄｅｌｔａ效應具有累進誤差，而且當累進誤差大到無法掌握或預期時，此即建築物樓層數達到無法做結構設計。我以個人淺見以為，建築物的極限樓層數是２３０層樓，具有累進二階Ｐ－ｄｅｌｔａ效應，其側移量達無法預期的誤差偏移量。結構動力分析用於剪力框架，其二階Ｐ－ｄｅｌｔａ效應具有累進誤差。

二階Ｐ－ｄｅｌｔａ效應具有累進誤差
　　剛度（或勁度）整體很高時，得降低二階Ｐ－ｄｅｌｔａ效應的誤差。不過，當樑柱的結構尺寸都過大時，將不適合建築物的正常使用。建築物極限高度限制，將是打造插入土下的懸臂式圓筒鋼柱，其內不同間隔高度銲接內隔板防挫曲，具有自立強度和任意方向的撓曲能力。懸臂式圓筒鋼柱，屬於中空結構斷面（ＨＳＳ）。

極限高度的形狀：插入土下的懸臂式圓筒鋼柱其內不同間隔高度銲接內隔板防挫曲
　　在生產鋼板時，最大鋼板厚度是５０ｍｍ，而且材料強度隨厚度遞減，因而高度受限於鋼板厚度。

结构可靠度在固体力学的应用

　　在固体力学里，有限元模型在建模后，其结构尺寸允许设定误差，包括长度误差和断面误差。经静力分析后产生应力应变，经由工况产生结构荷载组合。在检视应力分析结果时，包括：Ｍｉｓｅｓ、Ｔｒａｓｃａ、最大主应力，以ｃｏｎｔｏｕｒ产生色阶在检查应力值。以Ｑ２３５为例，材料强度实验约±２３５～±２８２ＭＰａ，而统计函数一型极值分布的尖峰值，约＋４％在２４４﹒４ＭＰａ左右。

　　在结构尺寸误差经由静力分析后，任一实体角落的应力不得大于±２３５ＭＰａ，得采用８个色阶以７８ＭＰａ为间隔，包括：－３１２ＭＰａ、－２３４ＭＰａ、－１５６ＭＰａ、－７８ＭＰａ、０ＭＰａ、＋７８ＭＰａ、＋１５６ＭＰａ、＋２３４ＭＰａ、＋３１２ＭＰａ。当应力在－２３４～－３１２ＭＰａ对应的色阶时，或应力在＋２３４～＋３１２ＭＰａ对应的色阶时，此即表示实体处于非结构安全状态，并以±１５６～±２３４ＭＰａ对应的色阶为最高应力。

　　在疲劳分析时，整个至静力分析的步骤完全相同，仅就其疲劳应力幅作检视和确认。当反复循环次数对应于疲劳应力幅，以疲劳应力幅是±６０ＭＰａ为例，其疲劳应力范围－７２～＋７２ＭＰａ，采用６个色阶以３０ＭＰａ为间隔，包括：－９０ＭＰａ、－６０ＭＰａ、－３０ＭＰａ、０ＭＰａ、＋３０ＭＰａ、＋６０ＭＰａ、＋９０ＭＰａ。当应力在±９０～±６０ＭＰａ对应的色阶时，此即表示实体处于非结构安全状态。

　　结构可靠度对固体力学来说，仅有影响到有限元的形函数（Shape Function），其余跟应力变化有关系的项目不受影响。倘若有限元的应力应变分析结果，具有局部超出最高最低应力范围，应加密网格尺寸以避免应力偏高，或是转弯处以导圆角排除高应力，或接触应力偏高应加大接触区域。结构可靠度在固体力学，仅对有限元模型变更结构尺寸，其荷载工况产生结构荷载组合，并对应力检视不超出弹性极限。

结构强度（弹性极限、疲劳弹性极限）　大于　结构荷载工况组合（Ｍｉｓｅｓ、Ｔｒａｓｃａ、最大主应力）
　　经常使用的固体力学元素，包括：Ｓｏｌｉｄ１８７和Ｓｏｌｉｄ４５。

国家法律范本：工程结构技术规则

工程结构技术规则（Technical Rules of Engineering Structures） 　　作者：黄庆民 第一章　总　　则 　　第一条　结构可靠度是结构强度以结构尺寸和材料强度为变异条件经结构荷载和误差计算控制结构安全。 第二章　结构荷载 　　第二条　永久荷载和可变荷载经重力加速度作用取得质量重力，其重力或荷载以静力分析取得梁柱板墙各构件内力。 　　　　　　地震作用经结构动力分析取得抗震地表加速度惯性力，其水平或垂直地震作用以静力分析取得梁柱板墙各构件内力。 　　　　　　风荷载作用经风速计取得基本风压加乘系数为风力标准值，其流固耦合作用以静力分析取得梁柱板墙各构件内力。 　　第三条　永久荷载是Ｄ，可变荷载是Ｌ，地震作用是Ｅ，风荷载作用是Ｘ。 　　　　　　结构荷载是ＤＬＥＸ，则结构荷载组合应包括： 　　　　　　①１﹒４５（Ｄ＋Ｌ）　　　（超额永久荷载） 　　　　　　②１﹒３Ｄ＋１﹒５Ｌ＋Ｅ　（地震作用） 　　　　　　③１﹒３Ｄ＋１﹒５Ｌ＋Ｘ　（风荷载作用） 第三章　误差计算 　　第四条　结构尺寸统计分析呈现高斯正态分布，材料强度统计分析呈现一型极值分布。 　　　　　　误差计算以结构尺寸误差和材料强度误差，经代入结构强度公式取得梁柱板墙结构强度。 第四章　结构安全 　　第五条　结构强度应大于结构荷载，检核值为结构荷载除以结构强度，此检核值小于１﹒０为结构安全状态。 　　第六条　结构强度是结构安全标准，经可靠度指标控制变动区间，得调整结构尺寸误差和材料强度误差。 第五章　工程查验 　　第七条　结构尺寸误差是工地查验标准，材料强度误差是实验判读标准。 　　第八条　工程查验应符合误差计算，得确保结构安全无虞。

工程結構技術規則（Technical Rules of Engineering Structures） 　　作者：黃慶民 第一章　總　　則 　　第一條　結構可靠度是結構強度以結構尺寸和材料強度為變異條件經結構載重和誤差計算控制結構安全。 第二章　結構載重 　　第二條　靜載重和活載重經重力加速度作用取得質量重力，其重力或載重以靜力分析取得樑柱板牆各構件內力。 　　　　　　地震作用經結構動力分析取得耐震地表加速度慣性力，其水準或垂直地震作用以靜力分析取得樑柱板牆各構件內力。 　　　　　　風力作用經風速計取得基本風壓加乘係數為風力標準值，其流固耦合作用以靜力分析取得樑柱板牆各構件內力。 　　第三條　靜載重是Ｄ，活載重是Ｌ，地震作用是Ｅ，風力作用是Ｘ。 　　　　　　結構載重是ＤＬＥＸ，則結構載重組合應包括： 　　　　　　①１﹒４５（Ｄ＋Ｌ）　　　（超額靜載重） 　　　　　　②１﹒３Ｄ＋１﹒５Ｌ＋Ｅ　（地震作用） 　　　　　　③１﹒３Ｄ＋１﹒５Ｌ＋Ｘ　（風力作用） 第三章　誤差計算 　　第四條　結構尺寸統計分析呈現高斯正態分佈，材料強度統計分析呈現一型極值分佈。 　　　　　　誤差計算以結構尺寸誤差和材料強度誤差，經代入結構強度公式取得樑柱板牆結構強度。 第四章　結構安全 　　第五條　結構強度應大於結構載重，檢核值為結構載重除以結構強度，此檢核值小於１﹒０為結構安全狀態。 　　第六條　結構強度是結構安全標準，經可靠度指標控制變動區間，得調整結構尺寸誤差和材料強度誤差。 第五章　工程查驗 　　第七條　結構尺寸誤差是工地查驗標準，材料強度誤差是實驗判讀標準。 　　第八條　工程查驗應符合誤差計算，得確保結構安全無虞。

结构可靠度是工学原理

　　Ｄ和Ｌ以静力分析取得梁柱板墙各构件内力；Ｅ是用反应谱做结构动力分析，其水平地震作用或垂直地震作用于梁柱板墙，再以静力分析取得各构件内力，ＰＫＰＭ节省静力分析步骤不另外设定；Ｘ是用基本风压加乘系数为风力标准值，并非计算流体动力分析ＣＦＤ（不可压缩流），其风力标准值经流固耦合作用于梁柱板墙，再以静力分析取得各构件内力。

工况系数	Ｄ永久荷载 （静力分析）	Ｌ可变荷载 （静力分析）	Ｅ地震作用 （反应谱结构动力分析＋静力分析）	Ｘ风荷载 （静力分析）
第一式	１﹒４５	１﹒４５	－	－
第二式	１﹒３０	１﹒５０	１﹒０	－
第三式	１﹒３０	１﹒５０	－	１﹒０

结构荷载组合	第一式（超额永久荷载）	第二式（地震作用）	第三式（风荷载）
	超额永久荷载　１﹒４５（Ｄ＋Ｌ）	水平地震　１﹒３Ｄ＋１﹒５Ｌ＋Ｅｈ０００ 水平地震　１﹒３Ｄ＋１﹒５Ｌ＋Ｅｈ０４５ 水平地震　１﹒３Ｄ＋１﹒５Ｌ＋Ｅｈ０９０ 水平地震　１﹒３Ｄ＋１﹒５Ｌ＋Ｅｈ１３５ 水平地震　１﹒３Ｄ＋１﹒５Ｌ＋Ｅｈ１８０ 水平地震　１﹒３Ｄ＋１﹒５Ｌ＋Ｅｈ２２５ 水平地震　１﹒３Ｄ＋１﹒５Ｌ＋Ｅｈ２７０ 水平地震　１﹒３Ｄ＋１﹒５Ｌ＋Ｅｈ３１５ 垂直地震　１﹒３Ｄ＋１﹒５Ｌ＋Ｅｖ０００	风荷载　１﹒３Ｄ＋１﹒５Ｌ＋Ｘ０００ 风荷载　１﹒３Ｄ＋１﹒５Ｌ＋Ｘ０４５ 风荷载　１﹒３Ｄ＋１﹒５Ｌ＋Ｘ０９０ 风荷载　１﹒３Ｄ＋１﹒５Ｌ＋Ｘ１３５ 风荷载　１﹒３Ｄ＋１﹒５Ｌ＋Ｘ１８０ 风荷载　１﹒３Ｄ＋１﹒５Ｌ＋Ｘ２２５ 风荷载　１﹒３Ｄ＋１﹒５Ｌ＋Ｘ２７０ 风荷载　１﹒３Ｄ＋１﹒５Ｌ＋Ｘ３１５

　　结构尺寸误差呈现高斯正态分布，材料强度误差呈现一型极值分布。以结构尺寸误差和材料强度误差，经代入结构强度公式取得梁柱板墙结构强度。结构强度应大于结构荷载，检核值为结构荷载除以结构强度，此检核值小于１﹒０为「结构安全」。结构尺寸误差是工地查验标准，材料强度误差是实验判读标准。结构强度是结构安全标准，经可靠度指标控制变动区间，以调整结构尺寸误差和材料强度误差。

　　高楼结构自然振动周期是高周期，矮楼结构自然振动周期是短周期。历时结构动力分析，其地震特性属于高周期或短周期，将影响历时结构动力分析结果，得仅考虑反应谱结构动力分析。地震发生时，Ｐ波先抵达地表使结构接收垂直地表加速度，随后Ｓ波传递至结构使其接收水平地表加速度，此即Ｐ波和Ｓ波具有不同时发生之地震特性。水波纹地震力系数，指垂直地表加速度和水平地表加速度，其两者比值是八分之三（３／８）。

　　钢筋混凝土保护层，经标准水泥垫块用于土木施工，其保护层假设不具有结构尺寸误差。测量放样导致摆设位置偏差，此具有些微偏差可不予考虑，例如：梁柱板墙钢筋间距偏差、梁柱箍筋间距偏差、梁柱加劲板间距偏差、梁柱横隔板位置偏差、梁柱剪力钉植钉偏差、…等。有关于不予考虑之偏差，经研究显示应列入误差计算者，不在此限。任何梁柱板墙构件都有偏差，有些予以考虑和有些不予考虑，当过度高估结构强度导致毁坏，应纳入不予考虑之项目于误差计算。

参考文献

1. 维基百科，地震波。

Green Bean

　　When I was a pupil, I planted the green bean. I was successful to plant the green bean in the first time, but I could not repeat my experiences to achieve the same height. Somebody thought I had to change the soil to plant the green bean, and I executed the suggestion to re-plant the green bean as the past. Because I did't have the budget, I actually could not adopt the fertilizer. What's the meaning? I think the green bean means the Guobiao in the mainland China, and I own the fundamental qualification to change the GB in my future then. Hence, the green bean equals the Guobiao, and this is a pronoun as my life direction.