整理臺灣結構耐震評估側推分析法(TEASPA)分析理論或線上服務操作的常見問題,亦歡迎至 Facebook 交流平台一同討論
線上服務化後,使用者將不必再另外安裝函式庫,但必需使用符合 Google Chrome 或 Mozilla Firefox 等相容瀏覽器連線操作。
此外,TEASPA 方法的柱非線性鉸考慮軸力彎矩互制效應在側推過程的實時變化,僅較新版的結構分析軟體才有對應功能,因此目前限定的分析軟體如下,若使用者以指定版本外的模型作為輸入資料,系統並不保證分析結果:
工程師要以 TEASPA 方法執行結構耐震評估,必須應用結構分析軟體的自定義非線性鉸以及側推分析功能,若未有相關的電腦輔助工具,這將是極度繁瑣的分析作業。為了工程師能簡易使用 TEASPA 方法,早期釋出的輔助程式,即針對不同構件類型提供對應的非線性鉸計算程式,協助建立符合的自定義非線性鉸,並提供程式求取容量曲線對應的耐震能力。
然而結構耐震評估流程不僅是非線性鉸或是耐震能力計算,還包含達成這目地的多個步驟(TEASPA 線上服務網頁如何應用於建物耐震評估?),輔助程式升級為線上服務並模組化的一大主因就是希望能快速發布最尖端的研究成果,並透過多個模組劃分協助簡化評估流程,降低人為錯誤的機率。現有模組如下:
此外,TEASPA 線上服務網頁執行過程將儲存各模組的輸出入資料,使用者可以藉此執行專案管理,執行完畢的專案國震中心將蒐集去識別化的資料進行加值分析,以精進分析理論。
以下依據操作流程會碰到的分析模組順序,介紹其功能:
由於 TEASPA 理論已不受樓層高度限制,與之而來更大型的結構除了代表較高的靜不定度外亦伴隨大量的構件數及類型,工程師以之前的方法分別操作結構分析軟體及輔助程式時,為了輸入材料及斷面性質將在兩個程式間重複操作相同內容。
TEASPA 線上服務網頁的 SecGen 模組即是要解決這個問題,使用者僅需在統一的輸入資料表建立目標建物的材料及斷面參數,並提供基礎模型文字檔,程式即會協助轉換材料及斷面資訊進入該文字檔中。
本模組在轉換時有一個特性,那就是模型文字檔內若有與輸入資料表相同名稱(區分大小寫)的材料或是斷面性質,將會被輸入資料表內的性質取代。使用者利用這個特性,當既有模型的材料或是斷面參數有修正或更新時,取更新後的輸入資料表與既有模型文字檔執行本模組可得到更新後的結果。
此外,利用 SecGen 模組產生的材料及斷面性質,由於有針對特殊斷面性質設計勁度相符的分析斷面,模型分析可以確保彈性勁度與預期的一致。
完成模型構架建立並指定正確的斷面後,按流程必需着手整理構件的非線性參數。TEASPA 線上服務網頁的 FrameInfo 模組設計即是以便捷的方式整理構件資訊,讓使用者可快速獲得要施加非線性鉸的構件參數表並直接複核。
為了判斷構件是否要施加非線性鉸,本模組以構件是否施加參考非線性鉸作為依據,使用者必需先在考慮非線性行為的構件上施加參考非線性鉸——鋼筋混凝土柱、牆構件為 Auto P-M2-M3 非線性鉸,鋼筋混凝土梁為 Auto M3 非線性鉸——在彎矩破壞可能位置(通常是構件未束制段的兩端);磚牆構件由於建模方式較為簡易,不需要額外設定參考非線性鉸。
除了要施加參考非線性鉸來決定 TEASPA 非線性鉸位置,部分非線性鉸計算資訊——例如垂直載重下構件軸力——必須要模型分析後才可取得,本模組支援直接讀取結構分析軟體匯出的 EXCEL 格式,無需另外轉換。
當使用者在 FrameInfo 模組頁面提供既有輸入資料表、施加參考非線性鉸後的模型文字檔以及構件資訊資料表並分析後,前述可施加非線性鉸的構件參數表將置入於既有輸入資料表的 Frame.Info 工作表中。
在某些情況下使用者可能會要再次操作本模組以獲得模型更新後資料,需注意原儲存於 Frame.Info 工作表的內容將會被完全取代。
當覆核完畢(或自行建立)Frame.Info 工作表後,TEASPA 線上服務網頁的 HingeProp 模組可綜合輸入資料表的構件、材料及斷面參數,計算各構件的 TEASPA 非線性鉸結果及施加位置,並轉換至模型文字檔中;構件若存在參考非線性鉸(FrameInfo 模組設定),在本模組轉換過程會將參考非線性鉸移除,使其無法影響後續分析結果。
使用者可將結果匯入結構結構分析軟體檢查並執行後續非線性分析,且與早期輔助程式不同,非線性鉸不再依構件類型分次計算,可一次求取多種類型的非線性鉸。
當未來構件非線性參數有修正或更新時,使用者得在確認模型材料及構件斷面性質正確後,直接調整 Frame.Info 工作表內容,再重新執行本模組。若因調整項目過多,要再利用 FrameInfo 模組功能自動整理,請確認已重新設定參考非線性鉸。
線上服務同樣能協助計算建物的性能目標地表加速度,在計算前必需確認輸入資料表的 Bldg.Info 工作表內容已經填寫完整,且將各方向側推的容量曲線資料匯出為 EXCEL 格式。
PGA 模組的執行支援單一方向或同時多個方向的性能曲線,上傳並執行後,系統會提供一個完整的性能目標地表加速度計算書,供使用者做最後的確認,並附加於評估報告書中。
Check 模組協助使用者執行分析數據整理及檢核作業。數據整理主要是將輸入資料表(INP)的建物及樓層資訊與側推結果的容量震譜計算資訊彙整;數據檢核則是依據INP資料表的樓層資訊、非線性構件性質,搭配分析模型匯出的構件內力、非線性鉸內力資訊,進行不同計算結果檢核;最終將數據整理及檢核成果彙整至單一資料表中。
在此依Check模組輸出的檢核結果資料表(CHK)內容,說明其彙整的報表資訊:
Report 模組協助使用者整理詳評報吿所需之非線性分析報表。在使用者透過PGA 模組完成耐震能力計算,接著以Check 模組檢核分析結果正確性無誤後,TEASPA 團隊開發Report 模組作為詳評報吿製作的開頭,提供製作詳評報吿所需相關報表。
實務上執行非線性性能分析的流程若詳細劃分,可以由下圖的步驟 1 至 12 表示;整體流程雖看似繁瑣,但無非是要使分析模型能符合規範要求,並完整反應結構現況。
在上述流程中最重要的構件非線性設定,在國內以 TEASPA 方法最為工程師熟知,此方法參考國內外研究成果,提出更合適的設定方式來模擬構件非線性行為。然而,不同於國際常用的 ASCE/SEI 41 等已內建於結構分析軟體,TEASPA 方法以一系列外加輔助程式的方式供工程師使用。
自 2018 年 TEASPA 改版開始,此方法已適用於中、高樓層建築,輔助程式的功能也大幅調整,最終集成本線上服務。系統轄下的模組將耐震評估流程的繁瑣部分簡化為資料匯出及匯入作業,大幅簡化使用者評估流程,且無需再安裝多餘軟體。有關各個模組與評估流程的關係可由下圖顯示。
在進到線上服務評估流程前,系統頁面引入專案的概念,使用者可將特定建物的耐震評估放置於相同專案中,協助評估流程資料管理。
要注意的是,若使用者判斷目標結構在 X、Y 向或正、負向非線性分析模型差異過大,有分開建模的必要時,應將各方向分為不同專案操作;否則可置於同一專案內操作。
較詳盡的分析模組功能說明,請參閱「TEASPA 線上服務網頁模組化原因及功能為何?」一題,簡而言之,所有模組都仰賴統一的輸入資料表傳遞分析必要資訊,而部分模組因讀取使用者的模型設定或計算結果,故需提供模型文字檔或軟體匯出的資料表。
使用者可於使用手冊查找模組需求資料的詳細說明,或於模組頁面的欄位標註區域,查閱資料的簡短說明。各個模組互為獨立,位於評估流程後方的模組執行並不受前方模組執行與否的限制。
線上服務的模組介面力求一致性,架構可區分為模組選擇區、基本說明區、資料上傳區、執行或下載區及輸出訊息區。使用者可由上自下依序確認。
評估過程中難免會遭遇到建物資料更新等分析模型必須修改的狀況,依據各個狀況影響到的範圍,應對方式有數種可能。
在材料的調整中,混凝土及磚牆材料調整皆導致結構彈性勁度變化,並同步影響 EI 或 EA 折減係數的計算,使用者應該在修改完輸入資料表後,由步驟 2 開始逐一檢查相關設定。
鋼筋材料的調整則影響到非線性鉸的計算,使用者在修改完輸入資料表後,可由步驟 8 開始後續分析。
斷面的調整中,混凝土或磚牆斷面的尺寸調整皆導致結構彈性勁度變化,修改策略可參考混凝土材料的調整方式。
混凝土斷面的配筋量調整則影響到非線性鉸的計算,修改策略可參考鋼筋材料的調整方式。
構件斷面的調整,若涉及到斷面尺寸或材料變更,牽涉到結構彈性勁度變化,建議由步驟 5 開始逐一檢查相關設定;構架新增額外構件等,構件規劃的變更亦同。
載重的調整影響構件軸力及非線性鉸計算,修改策略可參考鋼筋材料的調整方式。
由於實務上可能遭遇到的調整狀況衆多,除了以上狀況外,結構補強所造成的影響也甚為複雜,無法一一列舉,建議工程師應依據個案所影響的範圍,逐一按評估流程檢核。調整後若需要操作輔助模組,請留意分析模型及輸入資料表等,以符合執行要求。
除了協助執行耐震評估外,本系統亦有多專案同時管理、各模組執行輸出入資料保存、最新耐震評估技術文獻分享、實時模組維護及更新、交流區快速鏈接、……、耐震性能及最大層間位移比計算書輸出等多個功能,歡迎各位使用。
輸入資料表從最初版本v4.0至最新版本皆可使用,惟舊版輸入資料表無法使用新版提供的功能,模組運作時新功能會以預設值執行。
TEASPA 合格基準在新建及既有建物有所不同,新建建物除須檢核回歸期475 年之設計地震地表加速度,另須檢核回歸期 2500 年之最大考量地震地表加速度。故既有建物需於輸入資料表填寫工址短週期及一秒週期設計水平譜加速度係數𝑆𝐷𝑆,𝑆𝐷1,新建建物除了輸入𝑆𝐷𝑆,𝑆𝐷1以外,還需輸入工址短週期及一秒週期最大考量水平譜加速度係數𝑆M𝑆,𝑆M1。
TEASPA 從 v4.2.0 的輸入資料表開始支援既有及新建建物的合格基準計算,此表格於 v4.2.6 微幅改版,皆透過工程師是否輸入最大考量地震相關參數,來判斷要採用既有或新建建物的合格基準。詳細格式如圖。自 v4.3.0 起該表格將採用選項形式,讓工程師能更直觀選擇計算的合格基準。
Check模組可依據使用者提供的資料類別,執行不同檢核項目,其中,若要檢核非線性鉸力與位移關係,需要提供以下資料表:
輸入資料表目前不支援牆構件兩側端構材不同之輸入方式,該情況建議端構材與牆版分開模擬,端構材以柱構件模擬,牆版以填充牆等值柱模擬。
FRR資料表是非線性側推分析後輸出的構件分析結果及相關連接方式工作表集合,為了取得性能點分析步的對應資料,資料表必須以 Step-by-Styp 方式匯出,詳細輸出方式請參閱下載專區「TEASPA v4.2.4 新增功能說明及示範例」。
非線性鉸參數計算乃依據輸入資料表之構件相關數值計算而得,使用者執行HingePro模組計算非線性鉸參數前應再檢核其構件相關數值是否合理,以下提供常見錯誤樣態:
執行FrameInfo模組後,系統於 5.1 Frame.Info工作表彙整模型中欲計算非線性鉸構件之參數,其中包含有效長度Le,過短且不合理之有效長度會無法適用非線性鉸背骨曲線定義,使非線性鉸無法計算,故在執行FrameInfo後應檢核其參數合理性。
於輸入資料表4.3.2 Sec.CW.Open工作表設定開口RC牆時,若因牆面開口,使開口兩側之RC牆面尺寸過小,導致鋼筋配置的間距大於開口兩側之RC牆面尺寸時,系統將無法計算,應注意開口RC牆之鋼筋配置與牆面尺寸是否合理。