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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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銀行帳號

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

2021年6月13日 星期日

結構可靠度在DLEX於質量和重量混淆的評估

  在建築結構方面,尤其裝修工程的複雜性極高,甚至於鋼結構防火披覆並未考量重量,亦或是剪力釘、加勁版未納入自重的評估。因而,一棟差到接近半棟的自重,經常是靜載重D常見的錯估問題。牛頓力學,其力學單位是牛頓(N),用於區別質量單位的差異性。400gal的水平地表加速度,其對應的垂直地表加速度為150gal,此為結構可靠度的原始數據來源。

  在UBC1994裡(TW90),其第二章以結構自重定義的水平地震力係數,在水平地表加速度330gal對應W的比例作用力約0﹒11,其以比例擴大為400gal對應的數據是0﹒1333。在UBC1994裡,此比例係數最大不會超過0﹒18,同樣比例擴大至400gal為0﹒2182。在UBC1994定義的垂直地震力,採用水平地震力以三分之二換算地震力,亦即其採用的係數是0﹒2182x(2/3)=0﹒1455。三分之二,並不是正確的比例,不過在此版本採用此數據,都是有考量版本對應的數據。

  0﹒1455,採用0﹒15作定義,亦即30%的誤差外,額外納入0﹒15倍的D+L的「重量」。照理說,DLEX是結構載重,此為外力求取的內力數據,應該都是N(牛頓)、kgf(公斤重或公斤力)、lbf(磅重或磅力)。在避免質量和重量混淆之下,MKS採用的kgf或許要變更符號,得考慮採用H(黃)。換言之,在談及質量時,都是以公斤(kg)作描述;在談及重量或作用力時,都是以黃(H)作描述。1H=9﹒80665N。在工程實務上,應該強制限制不使用kgf和tf,一律採用H作為重量和力的定義。1公噸重=1kH,中文為「一千黃」。

  在歐美國家的工程規範內,通常採用1N作為工程計算書的最小單位數,因而所有的工程計算書的最小單位數是1N。1H約10N相當於取到十位數,因而或許得要求取到小數以下第一位至第三位。h是小時的用字,此即hour的首字母。H不是已經採用的標準符號,因而可以將H作為第二種力學單位。董聰教授,都是稱呼我叫「黃」。在臺灣土木營造業任職時,我曾經在職場被稱呼為「小黃」。小黃是h,倘若1h=1公斤力,而1H=1公噸力,此在實務上將會幾乎不使用H,而且會跟小時專用的h產生混淆。因此,我不採用小黃(h),我僅是採用黃(H)。

  我正式定義1黃=1H=9﹒80665N,此為「一公斤質量在標準重力加速度下產生朝向地心方向的作用力」。以秤重量測得知的數據,在菜市場實務都是稱呼為「公斤(kg)」,然而涉及任何的數據計算採用「黃(H)」。任何的秤重數據來源,涉及第一手以工具量測取得的數據,都是優先記錄或登入電腦系統稱呼為公斤(kg),並把相同數據的公斤數字直接轉換為黃(H),此後即是涉及工程計算的過程。

1H=9﹒80665N

顧客:「這尾魚多重啊?」
攤販:「我秤一下,這尾魚是4台斤,相當於2﹒4公斤(2﹒4kg)。」

顧客:「這張設計圖,你看一下,我需要的數量大約2500黃。」
店家:「你把車開過來,我把東西吊上去,我用地磅量一下,現在儀器顯示,現在的地磅數據是2503公斤,應該是夠用了。」

  當你聽到的數字是???黃,這表示此數據是一種計算數據;當你聽到的數字是???公斤,這表示此數據是一種儀器數據。

廢鐵:「現在的廢鐵,1公斤賣20元。」
轉賣:「我這些東西,應該差不多35黃左右。」
廢鐵:「我實際秤一下,你這些是31﹒462公斤,我用629元收你這些廢鐵。」

現場:「我要85方,一輛8方,相隔20分鐘出車,先來4車。」
攪拌:「配比單位重是每方2320kg,這樣要18560黃,開到地磅等料。」給料單18574kg(地磅扣空車重數據),下一輛。

  我提出的結構可靠度,其核心概念在於誤差的可控制性,不論結構載重或結構強度都是誤差的預測。kg和H,此為秤重和計算的差異,而且H是實務用於力學計算的依據,以此跟kg作區別以避免10倍的差異。自2017年以來,我不曾變更過NSTE/NDI:TWSR,唯一可考慮變更的是國際單位制的泛用性。換言之,DLEX都是力的單位,而1﹒45、1﹒3及1﹒5,都是在加大結構載重以使誤差可預測,而E和X採用中國大陸對於額外添加偶然荷載的觀念。

D、L:荷載具有可預測性
E、X:額外添加偶然荷載

  在結構可靠度時,仍然不跳脫牛頓力學體系,包括:自然頻率、反應譜法、結構共振、…等。因此,世界各國仍然以SI國際單位制的N為主,僅是在儀器量測取得的數據和涉及計算得納入H。H除以9﹒80665,以此換算N採用的數據。在地球的不同經緯度,其對應的重力加速度不一樣,此類重力加速度的實測數據值,參閱WGS84或其他有關國際組織。

  在各行各業有導致死傷時,其事故調查的過程會有各種職業,包括:教授、技師、工地主任、公共工程品質管理人員、職業安全衛生人員、技術士、資深設計人員、資深工人、機械設計人員、機械製造人員、…等,其掌握到的數據來源有kg、H、N,都是有必要清楚數據取得的來源。我在臺灣曾經使用過手持拉力計,此為自國外進口的一種鉤掛式拉力量測工具,其拉力計量測是使用N當讀數單位,不過大多數工具的讀數單位不是使用N。Jetprotech。

  拉力計是使用虎克定律,以彈性伸長量比例來定義拉力,其為具有線彈性伸縮量的彈簧。量測儀器的數據,應該送原廠作儀器校正,以維持量測儀器的正確性。高中理科、高中自然組、四專和三職工科的學生,應該學習拉力計或類似量測工具的使用方法。我在工地任職RC職務時,我有使用扭力板手在旋緊柱筋SA級鋼筋續接器,此類檢測是一種應該要使用過的工地常用量測工具。

  以SA級鋼筋續接器來說,倘若扭力板手對於其旋緊度控制正確,然而仍然會導致鋼筋續接破壞的結果發生時,應該從事相關的研究議題以確認是否有腐蝕、斷裂、車牙螺紋磨損、…等,並持續改進至可用工具控制其正確性和安全性。以工具控制正確性和安全性,並對於不確定性以結構可靠度控制其可預測性,則結構安全得轉變成可人為控制的施工或製造結果。

誤差計算:  精確計算結構安全使其結構強度具有可預測性
近似折減係數:把誤差計算的範圍值轉換為一個小於1﹒0的數字來定義最小結構強度

  在歷史記載上,或許是「公元XXXX年,XXX發明XX工具,並用於工程實務的安全性。」任何人造或自然界的實體,都是由某種尺寸構成的實體,而且是某種材料強度構成的實體,任何實體是結構尺寸和材料強度構成,其以誤差計算在控制其結構強度的安全性,並得於工程實務以近似折減係數在工程計算。

尺寸可控制: 結構尺寸,都是使用鋼捲尺量測,或是使用游標卡尺量測,或是使用高精度科學儀器量測。
強度可控制: 材料強度,都是使用萬能試驗機量測,或是混凝土抗壓試體量測,或是採取片狀試體用拉伸試驗機量測。

  在尺寸和強度的量測條件下,將自動產生統計分析的平均值和標準差數據,將以此用於控制人造實體最低合格條件的要求,並以此作為誤差計算的參數基本代入值。在誤差計算相當成熟時,將會發展近似折減係數以用於工程實務,甚而用於文書作業人員的某些簡易計算方法。後人的發明專利,都是在對於結構可靠度用於人造實體的可控制性,以使人造實體的結構尺寸和材料強度具有可控制性,並對於結構載重的量測具有可控制性的基本條件。

後人的發明專利(結構載重量測儀器或工具):某種可量測靜載重D、活載重L、地震力E、風力X的儀器或工具。
後人的發明專利(結構尺寸量測儀器或工具):某種可量測尺寸的工具,類似於鋼捲尺、游標卡尺、測微器或高精度儀器。
後人的發明專利(材料強度量測儀器或工具):某種可量測材料強度的實驗方法或實驗儀器。

  數學、統計學、結構力學及機械力學,都是在解決涉及數學、統計及力學計算的問題。

數學:    涉及工程計算過程衍生的數學計算。
力學:    涉及載重轉換構件內力的可計算性。
統計學:   統計平均值和標準差,或統計涉及某種統計函數的套用參數,得以此定義統計模型使其具有可預測性,或具有
       可推估某種檢驗條件的不合格率。在某個超越機率條件下,其不合格率發生的真實問題,此為經濟性和安全性
       同時考量,其發生結果應合乎最終的用途目標。

  安全性是工程實務的目標,經濟性是銷售不能太貴的問題,亦即其售價是在可給付的條件,並控制安全性達到最高的標準。

靜載重D:  量測固定實體總重量、土壤單位重、岩石單位重、…等。
活載重L:  量測移動實體總重量、土壤單位重、岩石單位重、水位觀測計、地下水井、降雨量、洪水水位、…等。
地震力E:  地震儀、人造衛星、…等。
風力X:   風速風向計、人造衛星、…等。

  任何的人造實體都是某種材料加工製造,其材料的來源可能為化工廠提煉某種原料,或某種被使用的原料經廢棄回收重新提煉。在材料眾多時,將會發展選擇材料的技巧和方法,因而選擇材料是工程實務的重要環節。電力是現代高科技的關鍵技術,因而電力的維持是高科技社會的必要條件。