九十六學年度教學卓越計畫工程專案實作 結構工程 張惠雲 土木與環境工程學系
Structural Engineering Structural engineering has existed since humans first started to construct their own structures. Throughout ancient and medieval history most architectural design and construction was carried out, rising to the role of master builder. No theory of structures existed and understanding of how structures stood up was extremely limited, and based almost entirely on empirical evidence of 'what had worked before'. 資料來源 http://en.wikipedia.org/wiki/structural_engineering
Egyptian Pyramid ( 埃及金字塔 )
Structural Engineers vs. Architects Only with the understanding of structural theories that emerged during the 19th and 20th century did the professional structural engineer as it is known now begin to exist. the Industrial Revolution (in the late 19th Century ) structural engineering architecture the master builder structural engineers + architects
structural engineering = structus + ingenium?
from etymonline structural engineering = structus + engin (ingenium) structus (Latin) to pile ( 堆積 ), build ( 建造 ) assemble ( 聚集 ) engin (old France) skill ( 專業技能 ), cleverness ( 聰明伶俐 ) ingenium (Latin) inborn qualities, talent ( 天賦能力 ) 字源資料取自 http://www.etymonline.com/
Structural Engineering a field of engineering that deals with the design of structural systems with the purpose of supporting and resisting various loads. a physical object or system is considered a part of structural engineering, if its main function is designed to resist loads and dissipate energy. structural engineering = design + loads (+energy)
Structural Systems buildings ( 建築物 ) nonbuilding structures ( 非建築結構 ) bridges ( 橋梁 ), dams ( 水壩 ) and so on machinery ( 機械 ) large man-made objects furniture ( 家具 ) medical equipment ( 醫療設備 ) vehicles ( 運輸工具, 如車輛, 飛行器, 太空火箭 )
Burj Dubai, the world's tallest building, currently under construction in Dubai
Structural Engineers A structural engineer is an engineering professional who practices structural engineering Structural engineers analyze, design, plan, and research structural components and structural systems. Their work takes account mainly of technical, economic and environmental concerns, but they may also consider aesthetic and social factors.
Design Goals safety ( 安全性 ) structures do not collapse without due warning serviceability ( 服務性 ) floor vibration and building sway do not result in discomfort for the occupants economy ( 經濟性 ) making creative and efficient use of funds and materials to achieve these goals
structural engineering = structus + ingenium?!
結構工程設計之內容 1. 建築及基地狀況 2. 結構系統 3. 設計載重 4. 結構材料 5. 結構分析 6. 結構細部設計 7. 臨時開挖擋土措施設計 8. 結構設計圖之繪製 中華民國鋼結構工程學會 ~ 鋼結構設計手冊
建築及基地狀況 主要項目 1. 建築基地狀況 2. 工址地質及土壤狀況 3. 建築設計簡述 4. 特殊事項 土環課程 1. 測量學及實習 2. 工程與環境地質 3. 水文學 4. 土壤力學 5. 基礎工程 6. 房屋結構設計 7. 噪音與震動控制 8.
中國土木水利工程學會 ~ 鋼筋混凝土設計規範之應用 ( 下冊 )
結構系統 主要項目 1. 版及梁關係系統 2. 主構架系統 3. 剪力牆系統 4. 特殊結構系統 5. 非結構牆系統 6. 基礎結構系統 土環課程 1. 鋼筋混凝土設計 2. 鋼結構設計 3. 噪音與震動控制 4. 結構系統 5. 房屋結構設計 6. 隔震與被動消能系統 7. 基礎工程 8.
耐震結構系統 梁柱接頭 (beam-column connections) 抗彎接頭 (moment connections) 簡支接頭 (simple connections) 塑鉸 (plastic hinges) 梁降伏 (beam yielding) 柱降伏 (column yielding)
SCWB & WCSB 塑鉸 (plastic hinges) 梁降伏 (beam yielding) 強柱弱梁 (Strong-Column-Weak-Beam) 柱降伏 (column yielding) 弱柱強梁 (Weak-Column-Strong-Beam)
改良式梁柱接頭
制震與隔震結構系統 制震 ( 被動控制 ) 隔震制震 ( 主動控制 ) 中間柱斜撐耐震壁耐震壁 積層橡膠 基礎結構 積層橡膠 吸能桿件 ( 阻尼器 ) 質量塊
斜撐構架系統 斜撐 (Braces) = 軸力桿件 (Axial Force Members) 受拉 (Tension) 降伏 (Yielding), 韌性 (Ductile) / 脆性斷裂 (Brittle Fracture) 受壓 (Compression) 挫屈 (Euler Buckling / Local Plate Buckling)
挫屈束制斜撐 (Buckling Restrained Braces, BRB)
設計載重 主要項目 1. 靜載重 2. 活載重 3. 地震力 4. 風力 土環課程 1. 工程材料 2. 工程統計學 3. 工程力學 4. 動力學 5. 結構學 6. 結構動力 7. 地震及防災工程 8. 風工程
Design Loads ( 設計載重 ) Load Combinations ( 載重組合 ) Many types of loads may act on a building structure at one time Loads ( 載重 ) vs. Load Factors ( 載重係數 ) Each of these primary load types are characterized as to their magnitude ( 大小 ) and variability ( 變異 ) by the building code ( 建築房屋設計規範 ) described in the ensuing paragraphs.
Dead Loads ( 靜載 )
Live Loads ( 活載 )
Live Load Reduction ( 活載折減 ) For influence areas greater than 400 ft 2 the live load may be reduced according to the live load reduction equation: L = L (0.25 + o 15 A I ) L = reduced live load L o A I = code specified desion live load = influence area = K LL A T
Seismic Loads (Base Shear) V = C W S V = base shear C s = seismic response coefficient W= total building weight
Design Methods Steel Structural Design 1. Allowable Strength Design (ASD) 2. Load and Resistance Factor Design (LRFD) RC Structural Design 1. ASD 2. Ultimate Strength Design
Load Combinations for ASD 1. Dead 2. Dead + Live 3. Dead + Roof Live 4. Dead + 0.75 Live + 0.75 Roof Live 5. Dead + Wind 6. Dead + 0.7 Earthquake 7. Dead + 0.75(Wind or 0.7 Earthquake) + 0.75 Live + 0.75 Roof Live 8. 0.6 Dead + Wind 9. 0.6 Dead + 0.7 Earthquake
Load Combinations for LRFD (if the live load is not greater than 100 psf) 1. 1.4 Dead 2. 1.2 Dead + 1.6 Live+ 0.5 Roof Live 3. 1.2 Dead + 1.6 Roof Live + 0.5 Live 4. 1.2 Dead + 0.5 Live+ 0.5 Roof Live + 1.6 Wind 5. 1.2 Dead + 0.5 Live+ 1.0 Earthquake + 0.2 Snow 6. 0.9Dead + 1.6 Wind 7. 0.9Dead + 1.6 Earthquake
結構材料 主要項目 1. 鋼筋混凝土造 2. 鋼骨構造 3. 鋼骨鋼筋混凝土造 4. 其他 土環課程 1. 普通化學 2. 工程材料 3. 材料力學 4. 土壤力學 5. 工程統計 6. 鋼筋混凝土設計 7. 鋼結構設計 8.
Chemical Components of Structural Steel Chemical Components Iron Carbon Silicon Nickel Manganese Copper Properties of Structural Steel Strength ( 強度 ) Ductility ( 變形能力 ) Notch Toughness ( 吸收能量能力 ) Weldability ( 銲接施工性 )
結構分析 主要項目 1. 結構分析模式之建立 2. 基礎支承系統模式之建立 3. 垂直及水平力之分析 4. 層間變位與鄰棟間隔檢核 土環課程 1. 結構學 2. 基礎工程 3. 結構矩陣 4. 結構動力 5. 房屋結構設計 6. 電腦在土木及環工之應用 7.
結構分析模式建立 (1)
結構分析模式建立 (2)
結構分析模式建立 (3)
1995 年日本阪神地震中 鄰棟間隔不足的破壞例
結構分析程式 商用軟體 ETABS SAP MIDAS 研究用軟體 Drain2d+ PISA3D (PISA/VISA/GISA)
結構細部設計 主要項目 1. 版, 梁與牆之配筋 2. 柱之設計 3. 剪力牆或斜撐設計 4. 梁, 柱與斜撐等之接合設計 5. 非結構牆之設計 6. 基礎設計 7. 土環課程 1. 材料力學 2. 彈性力學 3. 鋼筋混凝土設計 4. 鋼結構設計 5. 房屋結構設計 6. 電腦在土木及環工之應用 7.
中國土木水利工程學會 ~ 鋼筋混凝土設計規範之應用 ( 下冊 )
中國土木水利工程學會 ~ 鋼筋混凝土設計規範之應用 ( 下冊 )
臨時開挖擋土措施設計 主要項目 1. 連續壁或擋土牆之結構分析與設計 2. 連續壁支撐系統之分析與設計 3. 開挖面穩定分析 4. 開挖監測系統 土環課程 1. 基礎設計與施工 2. 鋼筋混凝土設計 3. 鋼結構設計 4. 土壤力學 5. 基礎工程 6. 工地污染防治 7. 噪音與震動控制 8.
結構設計圖之繪製 主要項目 1. 標準圖及施工注意事項 2. 各層結構平面圖及必要之結構立面圖 3. 梁柱版牆施工圖 4. 鋼構造施工圖 5. 基礎, 連續壁與臨時擋土措施施工圖說 6. 雜項結構施工圖 土環課程 1. 工程圖學及電腦繪圖 2. 施工法 3. 營建管理 4. 工程材料 5. 鋼筋混凝土設計 6. 鋼結構設計 7. 基礎設計與施工 8.
構造設計とは 構造設計は 構造計算して構造図を書くことだけではない 構造図で指示した内容が実際に現場できちんと行われるようにすることも必要になる これが構造監理である http://www4.kcn.ne.jp/~taharakn/study/01_kouzou/07.html
建築鋼結構技術相關圖計技術鋼構生 產體系 製鐵技術鋼材等產品的知識 ( 鋼材 銲材與螺栓 ) 設加工技術檢查技術銲接技術試驗技術施工技術法令 行政規則
鋼材的流通高爐 煉鋼廠電爐鋼材建材製造商 螺栓製造商 形鋼 銲材製造商 塗料製造商 螺栓 流通業 銲材 塗料 鋼材等 鋼構廠 鋼構件
建築鋼結構相關行業煉鋼廠鋼材等鋼構廠鋼構件營造廠 ( 施工與管理 ) 鋼結構 測公司試驗機構 工程顧問公司構設計與監( 結造)政府公家機關政規則)檢( 法令與行業主 ( 建築物所有人與使用者 )
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structural engineering = structus + ingenium!!
Thank you for your attention!