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鋼筋混凝土設計手冊 Gen 2012 Version 7.9.5
台灣邁達斯股份有限公司 技術部製作
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RC Ductile Design Guide (V7.9.5)
前言:
鋼筋混凝土設計手冊內文將針對 midas Gen 鋼筋混凝土設計、強柱弱梁檢
討、極限層剪力檢核等主要功能進行介紹,項目包含:
1. 指定 RC 設計規範 [TWN-USD100]
2. RC 設計之材料強度與各項參數
3. 指定鋼筋配置規則
4. 執行 RC 構架韌性設計
5. 查看梁、柱構件設計結果
6. 執行 RC 構架韌性檢核
7. 梁/柱設計力查詢
8. 樓層極限層剪力檢核
9. 調整梁、柱配筋再次檢討
10. 檢視各樓層梁、柱配筋結果
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1. 指定 RC 設計規範[TWN-USD100]
由設計功能選單指定鋼筋混凝土設計規範。
指令:Design > Concrete Design Parameter > Design Code…
樹狀功能表 (Menu Tree)
指定 RC 設計規範的 Concrete Design Code 對話框如下:
Concrete Design Code 對話框-1
Concrete Design Code 對話框各項功能說明:
Design Code:選取採用的鋼筋混凝土設計規範。
預設採用之規範為 TWN-USD100,將依據內政部營建署於
民國 100 年公佈的「混凝土結構設計規範」進行設計。
另可選擇美國 ACI、英國 BS、大陸 GB 等設計規範。
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Apply Special Provision for Seismic Design:指定是否考慮耐震設計。
勾選此選項考慮「混凝土結構設計規範」第十五章耐震設計之特別
規定。不勾選則不考慮韌性設計。
需勾選此選項方可考慮梁柱韌性配筋、強柱弱梁韌性設計/檢核以及
極限層剪力檢討等功能!
勾選後,Concrete Design Code 對話框將顯示如下:
Concrete Design Code 對話框-2
Shear for Design:針對耐震設計特殊考量賦予“混凝土剪力強度參與係數
R”及“剪力放大係數 a1,a2”,並決定設計剪力 Vu 的來源方法。
(1) 混凝土剪力強度參與係數 R
midas Gen 由 V7.4.1 版本後即允許設計者修正 R 係數以便考量部
分混凝土提供的剪力強度。R*Vc (a1*SUM(Mpr)/L>max(Vu1,Vu2)/2),
依規範 15.4.4.2 節,預設 R=0。
設計時若符合規範 15.4.4.2 節的相關規定必頇忽略混凝土提供
的剪力強度(Vc=0),而由剪力鋼筋承擔全部設計剪力時,R 值設
定為 0。R 值輸入範圍為 0~1,由設計者自行斟酌採用。
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(2) Method:選擇決定設計剪力的方法
Max(Vu1,Vu2)、 Min(Vu1,Vu2)、Vu1、Vu2 四者擇ㄧ。
Vu1=Vg + a1*SUM(Mpr)/L:設計重力載重所產生之剪力 Vg 加上
a1*塑鉸產生後引致之剪力 SUM(Mpr)/L
Vu2=Vg + a2*Veq :設計重力載重所產生之剪力 Vg 加上
a2*設計地震力引致之剪力 Veq
即結構彈性分析所得之設計剪力。
a1:塑鉸產生後引致之剪力的比例放大係數。
a2:設計地震載重所產生之剪力的比例放大係數。
選台灣規範 TWN-USD100 時預設採用 Max(Vu1,Vu2),即 Vu1,Vu2
取大值,a1, a2 為 1 的方法決定設計剪力!
SCWB Design/Checking Method:強柱弱梁設計/檢討方法功能選項。
V7.9.0 以上版本新增功能選項,允許設計者選擇根據設計撓曲強度
( nbbM )或計算彎矩強度( nbM )進行強柱弱梁設計/檢討。
(1) Design Strength 設計撓曲強度( nbbM )
根據設計撓曲強度( nbbM )進行強柱弱梁設計/檢討。請參照
92 年結構混凝土設計規範 15.5.2.2 節內容相關說明。
(2) Nominal Strength 計算彎矩強度( nbM )
根據計算彎矩強度( nbM )進行強柱弱梁設計/檢討。詳 100 年
度「混凝土結構設計規範」15.5.2.2 節相關說明。實際應用
上,此法配筋較為經濟且可解決低矮樓層韌性配筋過於保守
或不易配置的問題。
選台灣規範 TWN-USD100 時預設採用 Nominal Strength,依計算
撓曲強度( nbM )進行強柱弱梁設計/檢討。
Torsion Design:指定是否考慮梁之抗扭鋼筋設計。
勾選此項目考慮梁構件之扭力鋼筋設計,其中根據結構版梁系統束
制情況可考慮採用扭力折減係數 Torsion Reduction Factor for Beam
折減部分之設計扭力值。該值的範圍介於 0~1,由設計者自行斟酌
採用。
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2. RC 設計之材料強度與各項參數
以下介紹 RC 構架設計/斷面強度檢討相關之強度折減因數、最大鋼筋量限
制與修正混凝土抗壓強度、鋼筋降伏強度等設計參數的指派方法。
強度折減因數
指令:Design > Concrete Design Parameter > Strength Reduction Factor…
參考規範 § 2.3.2 強度折減因數
Strength Reduction Factors (TWN-USD100) 對話框
程式依據規範§ 2.3.2 判斷屬於"拉力控制斷面"、"壓力控制斷面"及"過渡斷
面",決定採用之強度折減因數規定值。
最大鋼筋量限制
指令:Design > Concrete Design Parameter > Limiting Maximum Rebar Ratio…
Limiting Maximum Parameter 對話框
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1 Rebar Ratio:分別輸入剪力牆、柱構件、斜撐設計的最大鋼筋比,
預設值鋼筋比為剪力牆 4%、柱 3%、斜撐 3%。
材料強度
指令:Design > Concrete Design Parameter > Modify Concrete Material…
Modify Concrete Materials 對話框
Material List:顯示檔案內已建立之鋼筋與混凝土材料性質資訊。
Concrete Material Selection:選定混凝土材料性質。
Rebar Selection:選定採用主筋、剪力筋的鋼筋降伏強度等級。
分析時所指定的材質資料(Material)只有混凝土抗壓強度 fc’,並無
指定鋼筋降伏強度 fy, fys;因此主筋 (Main Rebar)、剪力筋
(Sub-Rebar)之鋼筋降伏強度等需由此對話框指定。此處若未加以
指定修改,則程式會依預設的鋼筋降伏強度進行鋼筋設計與斷面
檢核!
設計者可由 Tool > Preference 指令編輯程式內預設的基本資訊。
預設的設計規範與材料性質依 Preference 對話框內 Environment >
Design 選項設定 Design Code, Material Code, Material DB 等。
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Preference 對話框
目前程式中表示的鋼筋種類稱呼預設採 CNS 560,如下表。
* 鋼筋混凝土用鋼筋之種類
種類 符號 fy
(kgf/cm2) 新稱呼 原舊稱呼
光面鋼筋 SR 240 SR 24 2,400
SR 300 SR 30 3,000
竹節鋼筋
SD 280 SD 28 2,800
SD 280W - 2,800*
SD 420 SD 42 4,200
SD 420W SD 42W 4,200*
SD 490 SD 50 4,900
* CNS 560:(1)增進焊接性 (2)較適合反覆彎曲加工
Modify Concrete Material 功能係用來修正模型內某部份混凝土材料參
數與指定鋼筋降伏強度,此處修改的材料參數並不會影響先前的彈性
應力分析結果,只會反應到執行構件設計與斷面強度檢核上,因此亦
可應用於分析與設計欲採用不同的混凝土抗壓強度之情況。
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3. 指定鋼筋配置規則
指令:Design > Concrete Design Parameter > Design Criteria for Rebars...
或 Design > Concrete Design Parameter > Design Criteria for Rebars by Member...
Design Criteria for Rebars 對話框
Design Criteria for Rebars 提供設計者針對梁、柱、斜撐、牆構件個別指定鋼
筋配置的規則,由設計者決定採用的主筋(Main Rebar)、剪力筋(Stirrups)、
腰筋/扭力筋(Side Bar)號數、剪力筋肢數(Arrangement),及梁斷面混凝土上/
下側外緣到主筋中心的距離(dT, dB)、柱斷面混凝土兩側外緣到主筋中心的
距離( d0)等相關鋼筋配置資訊。
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上述指令 Design Criteria for Rebars 所指定的鋼筋配置規則將套用到分析模
型中所有的梁、柱、斜撐、牆構件(即指定給整體構件)。如欲對個別構件進
行指派,實務應用上可依樓層區分鋼筋號數,或大梁小梁採用不同號數等,
均可使用 Design Criteria for Rebars by Member...指令,配合選取功能圈選個
別構件後另行指派鋼筋配置規則。
Design Criteria for Rebars by Member - Beam 對話框
Doubly Rebar:梁構件採雙筋設計方法 ( k*0.75*Rhob , k = 1)。
勾選此項則梁構件採雙筋斷面設計,設計者可輸入 k 係數指定最大
拉力鋼筋量反應拉、壓鋼筋配置,依彈性分析結果求得之需求鋼筋
量超過 k*0.75ρb者,採雙筋設計法。ㄧ般情況下設定 k=1 (0.75ρb),
即預設值。
Consider Spacing Limit for Main Rebar:考量主筋間距與鋼筋搭接方法。
勾選此項目配筋時將會考慮主筋之最小間距配置規則。
None:配置主筋支數時不考慮搭接的影響
50% :配置主筋支數時考慮交錯佈置搭接的情況
100%:配置主筋支數時考慮重疊搭接的情況
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3 連結表格
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3 連結表格:表格內顯示已指派鋼筋配置規則的個別構件與配置資訊,設
計者可直接在表格內按[Beam]、[Column]、[Brace]、[Wall]表
單修改資料。
Design Criteria for Rebars by Member 表格 [Beam]表單
斷面設計時考量主筋最小間距限制、搭接方法等決定斷面寬度內可
佈置的鋼筋支數,預設選項為勾選考慮主筋之最小間距限制並設定
為“None”不考慮搭接對主筋排放的影響。
實務應用上,建議梁設計時依預設勾選考量主筋最小間距限制、搭
接方法等決定單層配置支數,對於柱設計則可考慮取消勾選預設
“Consider Spacing Limit for Main Rebar”選項以求得最大鋼筋量,提供
設計者接續多元的鋼筋配置,如擺兩層或考慮束筋等後續措施。
梁、柱斷面混凝土外緣到主筋中心的距離(dT,dB,d0),預設值為 0,
表示該距離交由程式自動計算。但設計者亦可自行按斷面配置情況
先行輸入此距離,如 6.5cm, 7cm 等可獲得更精準的設計結果。
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4. 執行 RC 構架韌性設計
執行韌性設計,請務必確認已勾選 Concrete Design Code 對話框內的 “Apply
Special Provisions for Seismic Design”選項,才有考慮耐震設計功能。
Concrete Design Code 對話框
midas Gen RC 韌性設計/檢核觀念說明:
執行韌性設計時,程式先依彈性分析之設計載重組合進行梁構件斷面設計,
求出需求鋼筋量(As,req),再按照設計者指定的 Design Criteria for Rebars 進
行主筋數量配置,按實配鋼筋量(As,usd)檢討撓曲強度 Mu/ΦMn≦1.0,確
認斷面強度足夠。隨後按 1.25fy、Φ=1.0 計算梁端可能彎矩強度(Mpr),進
一步決定梁設計剪力Vu,完成梁構件剪力筋配置與相關間距、鋼筋量檢討。
當設計者在 Concrete Design Code 功能內有勾選 Torsion Design 選項時,程
式對於梁構件會另行檢討扭剪強度並配置適當的扭力鋼筋量(As,v ; Asl)。
根據強柱弱梁彎矩分配概念決定柱構件之設計彎矩、設計剪力值,進行 P、
M、V 強度計算檢討,完成柱構件之主筋、剪力筋配置。
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梁、柱構件設計完成後,設計者可直接檢核強柱弱梁檢討(即梁柱接頭撓曲
強度檢討)與樓層極限層剪力檢核功能,並獲取相關報表資料,此部分的韌
性檢核結果係採程式自動化設計所決定之配筋條件而得。
在不變更構件尺寸、材料強度的前提下,若經設計者檢視程式自動設計之
配筋結果,判定需要手動修改局部構件之鋼筋配置量,再予以進行強柱弱
梁檢討、樓層極限層剪力檢討時,可透過修正梁、柱鋼筋配置的相關指令
Modify Beam/Column Section Data 進行鋼筋資料編輯工作,待確認鋼筋配置
後,所有已修改鋼筋配置的構件需要執行 Concrete Beam/Column Checking
指令重新核算斷面強度,方可接續強柱弱梁檢討與樓層極限層剪力檢核功
能,並獲取相關報表資料,此部分的韌性檢核結果係以設計者修正後之配
筋條件計算而得。
目前 midas Gen 提供的構件韌性設計執行方式有兩種,如下說明:
(1) 梁、柱設計分開進行:執行全部構件或選取局部梁、柱構件個別單獨
執行設計,得到梁、柱構件配筋結果。
指令:Design > Concrete Code Design > Beam Design…或 Column Design…
(2) 梁、柱設計同時進行:一個指令完成所有梁、柱構件設計,得到梁、
柱構件配筋結果。
指令:Design > RC Strong Column-Weak Beam > Ductile Design...
設計者可根據模型內梁、柱構件的數量及結構系統的配置情況選擇局部設
計,或是一次進行完整的全構架梁、柱構件韌性設計。
[請注意]單獨執行局部柱構件設計前,該柱構件上、下兩端接續之梁構件需
已完成斷面設計,方有數據資料可以進行分配決定柱設計力。
前述步驟 1.~3.各項 RC 設計相關參數指派完成後,執行 Beam Design/Column
Design 或 Ductile Design 指令開始進行 RC 構架強柱弱梁韌性設計,程式會
依照所指定的設計規範、材料強度、設計參數與鋼筋配置規則等進行梁、
柱構件的韌性設計。
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執行 Concrete Beam Design 時的設計進度對話框如下:
RC 梁構件設計執行中
執行 Concrete Column Design 時的設計進度對話框如下:
RC 柱構件設計執行中
執行 Ductile Design 時會先對梁構件進行設計,再對柱構件進行設計,執行
時畫面出現的進度對話框依序如下:
RC 梁構件設計執行中 RC 柱構件設計執行中
5. 查看梁、柱構件設計結果
梁、柱構件韌性設計執行結束後,會出現依照台灣規範(TWN-USD100)進
行 RC 韌性設計的梁構件與柱構件之設計結果視窗。
TWN-USD100 RC-Beam Design Result Dialog 梁設計結果視窗
TWN-USD100 RC-Column Design Result Dialog for SCWB 柱設計結果視窗
設計結果對話框將顯示在全視窗的左側,當同時執行梁、柱設計時,兩
者之設計結果視窗會相疊在全視窗的左側,梁的設計結果對話框會疊在
柱設計結果對話框的下方,稍微移動一下柱設計結果對話框的位置將兩
視窗錯開即可分別查看梁、柱設計結果。
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RC - 13
TWN-USD100 RC-Beam Design Result 對話框
預設會將結果依 Property
(也就是 Section) 排序,並
表示出總合 Critical Section
的設計結果。可將其切換為
Sorted by Member 以檢視
各構件設計結果斷面強度
不足(NG 顯示為紅色)的細
節。
展
開
(1)
RC 梁設計結果
(2)
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RC - 14
梁設計結果視窗檢視欄位說明:
(1) Sorted by Property:按斷面檢視結果
RC 梁配筋設計結果總表,資料顯示方式預設 by Property,表格中列出所有
梁斷面之設計結果,並總合各控制斷面(Critical Section)的設計結果。
按梁斷面檢視欄位
表格中所列梁構件設計的相關資料有:梁編號(MEMB)、構件長度(Span)、
斷面編號(SECT)、斷面名稱(Section)、斷面尺寸(Bc,Hc)、鋼筋混凝土材料性
質(混凝土抗壓強度 '
cf 、主筋與剪力鋼筋降伏強度 ,y ysf f )等基本的構件設
計資訊。表中欄位「CHK」是依「POS:I, M, J」列出構件 I 端、中段、J 端
的設計結果是否滿足規範需求。
表中欄位「CHK」若為 OK 表示完成主筋與剪力筋的設計與強度驗算,**V
表示設計剪力已超過 '2.12 cf bd ,其他尚有 N**, *P*, NP*...等不同的 CHK 狀
況,表示實配鋼筋計算之撓曲強度仍不足抵抗設計彎矩,即 / 1.0u nM M 。
設計者可根據「CHK」結果判定斷面 NG 原因係由正/負彎矩或剪力控制,
再進行檢討與修正。各項 CHK 狀況可另行參照 On-line Help 說明。
(2) Sorted by Member:按構件檢視結果
設計者可將配筋設計結果表之顯示方式切換為 by Member,表格中將列出
所有梁構件之個別設計結果。
在設計結果對話框右下方有一「>>」符號,按下該按鈕,可顯示各斷面
或各構件所有斷面參數及設計力、鋼筋配置結果。
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RC - 15
按梁構件檢視欄位
如上圖所示依 by Member 顯示的表格,除了上述 by Property 顯示之設計資
訊外,還詳細依「POS:I, M, J」列出構件 I 端、中段、J 端之主筋與剪力筋
設計結果。如鋼筋量(頂層主筋面積 AsTop、底層主筋面積 AsBot)、實配
主筋號數與支數(Rebar:6-3-D19 為 9 支 D19 鋼筋,第一層配置 6 支,第
二層配置 3 支)、剪力筋鋼筋量(AsV)、扭剪鋼筋量(AsVT)、縱向扭力鋼
筋量(AsL)、實際橫向鋼筋配筋肢數與間距(Stirrup:2Av -D13@150 mm)、
設計彎矩(負彎矩 N(-)Mu,正彎矩 P(+)Mu)、設計剪力(Vu)、設計扭力(Tu)與控
制的載重組合編號(LCB)等。設計者可直接檢閱與查找各構件的設計結果。
勾選對話框左下方「Connect Model View」連結模型視景選項,當勾選
「SEL」欄位中任一構件或多個構件,將對應於模型視景選取該構件。此功
能亦可反向操作,由模型視景選取某構件,會自動對應到表格中勾選該構
件的設計結果欄位。此功能方便設計者雙向對照模型中桿件位置及其設計
結果資訊。
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RC Ductile Design Guide (V7.9.5)
RC - 16
設計結果對話框下方功能按鈕
對話框下方「Result View Option」為結果檢視選項,預設為 All,表格中
顯示所有執行設計的構件,設計者若將檢視切換為 OK 或 NG,即可篩選出
表格中 OK 或 NG 的構件。一般操作上若要快速查看 NG 構件有哪些,可將
「Result View Option」檢視切換到 NG,並配合「Connect Model View」功
能,用「Select All」按鈕勾選表中所有構件,即可於模型視景對應出所有
NG 的構件(即模型視景中被選取的構件)。
配筋設計結果總表方便設計者檢視構架統整的設計結果資訊,若欲仔細查
看更詳細的構件設計細節,程式另外提供兩種檢視方式,首先勾選「SEL」
欄位中任一構件,按對話框左下方之:
「Graphic...」按鈕可以簡圖方式檢視梁構件詳細的配筋資訊。
剪力筋的間距以 mm 單位表示。
「Detail...」按鈕可檢視梁構件配筋設計的詳細計算書,程式會以
MIDAS/Text Editor 文字編輯器顯示構件設計的詳細計算程序。
若要列印部分梁構件或全部梁構件之設計結果報表,請先勾選「SEL」欄位
中任一構件或多個構件,或按 全選,再按對話框下方
「Summary...」按鈕可以文字檔案方式輸出所選取構件之設計結果。
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RC - 17
「Graphic...」梁配筋資訊
剪力筋的間距以 mm 單位表示。
TWN-USD100
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RC - 18
「Detail...」梁設計詳細計算書
按文檔視窗右上方 關閉開啟的 Detail 計算書報表,將會出現詢問是
否儲存檔案的警告訊息,若不儲存請按 離開並關閉暫存檔。
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RC - 19
「Summary...」梁設計結果報表
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RC - 20
針對梁構件韌性設計部分(Concrete Beam Design & Ductile Design),參照梁
構件「Detail...」詳細計算書,擷取部份內容概略說明如下。
梁端可能彎矩強度(prM :Probable Beam Flexural Strength)
以雙筋法推求梁端可能彎矩強度prM ,拉力鋼筋之降伏應力為 1.25fy,
強度折減係數ψ=1.0,不考慮折減,計算方法如下圖示說明。
As,Bot,I
,pr IM
,pr JM
JI
As,Top,J
Clockwise 順時針向
AsTop,I
,pr IM
,pr JM
JI As,Bot,J
Counter-Clockwise 逆時針向
,e JV
,e IV
AsTop,I
As,Bot,J
As,Bot,I
As,Top,J
雙筋法計算prM
梁可能彎矩強度prM 的計算
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RC - 21
梁設計剪力( eV )
梁設計剪力 eV 的計算係按規範 § 15.4.4.1 規定,採用塑鉸產生後引致
之剪力,加上垂直載重所產生之剪力計算之,公式如下:
;
- -
, ,, , , ,
g ge CW e CCWn n
pr I pr J pr I pr JM M M M
V V V Vl l
CW:順時針向 CCW:逆時針向
分析模型有考慮 Panel Zone Effect 或 Beam End Offset 指令時,會
以構件淨跨度(nl )計算設計剪力!
梁設計剪力 eV 的計算
剪力筋設計
依梁設計剪力計算需求之剪力鋼筋量 Av 並檢討閉合箍筋最大間距規
定等配置適當的剪力筋。另按 § 15.4.4.2 節規定,當不計入混凝土提
供的剪力強度時,計算過程會以“(See 15.4.4.2)”表示由該條文控制;前
述(RC-2 頁)在 Concrete Design Code 對話框內允許設計者輸入 R 係數考
量部分混凝土提供的剪力強度,因此若設計者採用之 R 值非按照規範
15.4.4.2 節規定(預設 R=0)而考慮計入部分混凝土提供的剪力強度時,
計算報表中將標示註明計算之“RatVc”與“(By User)”表示該參數係由設
計者所指定。
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RC - 22
配置梁剪力筋(Vc=0 , R=0)
配置梁剪力筋 (R*Vc, R=0.5)
扭力筋設計
扭力若未超過開裂扭矩 crT 的四分之一,則不致造成結構撓曲或剪力強
度顯著的降低,因此可以不計扭力的影響。若判斷需配置扭力筋,程
式將檢討斷面尺寸提供的扭矩強度是否足夠,再依梁設計扭力計算需
求之扭力橫向鋼筋量 tA 及扭力縱向鋼筋量 A ,並檢討橫向閉合箍筋最
大間距規定,配置適當的橫向閉合箍筋與縱向扭力鋼筋。
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RC - 23
配置梁扭力筋
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RC - 24
TWN-USD100 RC-Column Design Result for SCWB 對話框
預設會將結果依 Property
(也就是 Section) 排序,並
表示出總合各項控制 (軸
力、彎矩、剪力)的設計結
果。可將其切換為 Sorted
by Member 以檢視各構件
設計結果及斷面強度不足
(NG 顯示為紅色)的細節。
展
開
RC 柱設計結果
(1)
(2)
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RC - 25
柱設計結果視窗檢視欄位說明:
(1) Sorted by Property:按斷面檢視結果
RC 柱配筋設計結果總表,資料顯示方式預設 by Property,表格中列出所有
柱斷面之設計結果,並總合各控制斷面(Critical Section)的設計結果。
按柱斷面檢視欄位
表格中所列柱構件設計的相關資料有:柱編號(MEMB)、斷面編號(SECT)、
斷面名稱(Section)、斷面尺寸(Bc,Hc)、構件高度(Height)、鋼筋混凝土材料
性質(混凝土抗壓強度 '
cf 、主筋與剪力鋼筋降伏強度 ,y ysf f )等基本的構件
設計資訊。表中欄位「CHK」是顯示該斷面之設計結果是否滿足規範需求。
表中欄位「CHK」若為 OK 表示完成主筋與剪力筋的設計與強度驗算,P、
M、V 分別代表軸力、彎矩、剪力檢核,「CHK」若為 PMV 則表示軸力、彎
矩及剪力之強度均不足夠,若為**V 表示設計剪力已超過 '2.12 cf bd ,其他
尚有 P**, *M*, PM*...等不同的 CHK 狀況,表示實配鋼筋計算之斷面強度仍
不足抵抗設計外力。設計者可根據「CHK」結果判定斷面 NG 原因為軸力、
彎矩或剪力控制,再進行檢討與修正。各項 CHK 狀況可另行參照 On-line
Help 說明。
(2) Sorted by Member:按構件檢視結果
設計者可將配筋設計結果表之顯示方式切換為 by Member,表格中將列出
所有柱構件之個別設計結果。
在設計結果對話框右下方有一「>>」符號,按下該按鈕,可顯示各斷面
或各構件所有斷面參數及設計力、鋼筋配置結果。
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RC - 26
按柱構件檢視欄位
如上圖所示依 by Member 顯示的表格,除了上述 by Property 顯示之設計資
訊外,另詳細列出該構件之主筋與剪力筋設計結果。如主筋鋼筋量(Ast)、
實配主筋號數與支數(V-Rebar:12-4-D22為 12支分四排擺放的 D22鋼筋)、
剪力筋鋼筋量(AsH)、實際橫向鋼筋配筋肢數與間距(H-Rebar:3Av -D13@70
mm)、設計軸力(Pu)、設計彎矩(Mc)、設計剪力(Vu)與控制的載重組合編號
(LCB)、軸力、彎矩、剪力應力比(Rat-P, Rat-M, Rat-V)等資訊。設計者可直接
檢閱與查找各構件的設計結果。
勾選對話框左下方「Connect Model View」連結模型視景選項,當勾選
「SEL」欄位中任一構件或多個構件,將對應於模型視景選取該構件。此功
能亦可反向操作,由模型視景選取某構件,會自動對應到表格中勾選該構
件的設計結果欄位。此功能方便設計者雙向對照模型中桿件位置及其設計
結果資訊。
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RC - 27
設計結果對話框下方功能按鈕
對話框下方「Result View Option」為結果檢視選項,預設為 All,表格中
顯示所有執行設計的構件,設計者若將檢視切換為 OK 或 NG,即可篩選出
表格中 OK 或 NG 的構件。一般操作上若要快速查看 NG 構件有哪些,可將
「Result View Option」檢視切換到 NG,並配合「Connect Model View」功
能,用「Select All」按鈕勾選表中所有構件,即可於模型視景對應出所有
NG 的構件(即模型視景中被選取的構件)。
配筋設計結果總表方便設計者檢視構架統整的設計結果資訊,若欲仔細查
看更詳細的構件設計細節,程式另外提供兩種檢視方式,首先勾選「SEL」
欄位中任一構件,按對話框左下方之:
「Graphic...」按鈕可以簡圖方式檢視梁構件詳細的配筋資訊。
剪力筋的間距以 mm 單位表示。
「Detail...」按鈕可檢視梁構件配筋設計的詳細計算書,程式會以
MIDAS/Text Editor 文字編輯器顯示構件設計的詳細計算程序。
若要列印部分柱構件或全部柱構件之設計結果報表,請先勾選「SEL」欄位
中任一構件或多個構件,或按 全選,再按對話框下方
「Summary...」按鈕可以文字檔案方式輸出所選取構件之設計結果。
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RC - 28
「Graphic...」柱配筋資訊
剪力筋的間距以 mm 單位表示。
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RC - 29
「Detail...」柱設計詳細計算書
按文檔視窗右上方 關閉開啟的 Detail 計算書報表,將會出現詢問是
否儲存檔案的警告訊息,若不儲存請按 離開並關閉暫存檔。
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RC - 30
「Summary...」柱設計結果報表
勾選「SEL」欄位中任一構件並按對話框左下方「Draw PM Curve...」按鈕
可繪製柱構件三維軸力-彎矩交互影響線圖。
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RC - 31
P-M Interaction Curve 對話框
移動滑鼠到三維交互影響圖中,以滑鼠控制旋轉檢視三維交互影響圖。
按對話框右下角「Print Result」鍵,即會以 MIDAS/Text Editor 文字編輯
器顯示交互影響線圖各點計算資料。
針對柱構件經由強柱弱梁韌性設計部分,參考柱構件「Detail...」詳細計算
書,擷取部份內容概略說明如下。
柱上、下端設計彎矩
柱上、下端之設計彎矩是按 § 15.5.2 建議採行的分配方法計算,依分
析模型受彈性水平地震力作用下該節點的柱端彎矩等比例放大。
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RC - 32
Mce, T
Mce, B
Mbe, L Mbe, R
EQ
Mc, T
Mc, B
(6/5)M-g, L (6/5)M-g, R
EQ
上下柱端設計彎矩計算:
(1) 以 Design Strength 設計撓曲強度( nbbM )分配計算柱設計彎矩
,, ,1, ,
, ,
,, ,1, ,
, ,
6( )
5 ( )
6( )
5 ( )
b b
b b
ce Tc T u Tbn L bn R
ce T ce B
ce Bc B u Bbn L bn R
ce T ce B
MM M M k M
M M
MM M M k M
M M
(2) 以 Nominal Strength 計算彎矩強度( nbM )分配計算柱設計彎矩
,, ,1, ,
, ,
,, ,1, ,
, ,
6( )
5 ( )
6( )
5 ( )
c
c
ce Tc T u Tbn L bn R
ce T ce B
ce Bc B u Bbn L bn R
ce T ce B
MM M M k M
M M
MM M M k M
M M
公式中, , ,1
, ,
ce T ce B
be L be R
M Mk
M M
; k1 修正係數為接頭處梁、柱彎矩比值。
k1 係數是修正梁有角度時(或正交梁有角度)時,對柱構件產生之分
力修正, ,
, ,( )
ce T
ce T ce B
M
M M與 ,
, ,( )
ce B
ce T ce B
M
M M分別為上、下柱端彎矩分配係數。
如下圖所示,若有考慮強柱弱梁設計,在詳細計算書中將顯示出
Design Forces of y(z)-direction For Ductile Design 的設計彎矩值。
Mcy、Mcz:柱 y、z 向彈性分析所得的彎矩值
Mdy、Mdz:柱 y、z 向經由強柱弱梁彎矩分配所得的彎矩值
Muy、Muz:柱 y、z 向採用的柱設計彎矩值,為彈性分析與強柱弱梁
彎矩分配兩者取大,即 Muy=Max[Mcy, Mdy] ; Muz=Max[Mcz, Mdz]。
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RC - 33
柱設計彎矩的計算
柱端可能彎矩強度
柱上、下端之可能彎矩之分配方法係採用梁塑鉸產生後計算之梁端可
能彎矩強度,按分析模型受彈性水平地震力作用下該節點的柱端彎矩
等比例放大。
,1, 1
, ,1
,, 1
, ,
( )
( )
ce Ticp T bp
ce T ce Bi
i ce Bcp B bp
i ce T ce B
MM M k
M M
MM M k
M M
如下圖所示,在詳細計算書中將顯示出 Probable Moments of Local-y
Direction 的柱端可能彎矩強度。
Mcpy.I_CW、Mcpy.J _CW:柱 y 向 I、J 端可能彎矩強度(順時鐘方向)
Mcpy.I _CCW、Mcpy.J _CCW:柱 y 向 I、J 端可能彎矩強度(反時鐘方向)
以及 Probable Moments of Local-z Direction 的柱端可能彎矩強度。
Mcpz.I_CW、Mcpz.J_CW:柱 z 向 I、J 端可能彎矩強度(順時鐘方向)
Mcpz.I_CCW、Mcpz.J_CCW:柱 z 向 I、J 端可能彎矩強度(反時鐘方向)
柱端可能彎矩的計算
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RC - 34
柱設計剪力
柱設計剪力 eV 的計算係按規範 § 15.5.5.1 規定,採用梁塑鉸產生後計
算之柱端可能彎矩強度引致之剪力。
, ,1 icp B cp Tie
M MV
H
柱設計剪力 eV 的計算
分析模型有考慮 Panel Zone Effect 或 Beam End Offset 指令時,會以
構件淨跨度(nl )計算設計剪力!
柱端可能彎矩與設計剪力 eV 的計算示意請參考下圖。
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RC - 35
H
(i+1)FL
(i)FL
1 ,
1 , 1
1 , ,( )
i ce T
i cp T bp
i ce T ce B
MM M k
M M
,bp RM ,bp LM
1 ,
1 , 1
1 , ,( )
i ce B
i cp B bp
i ce T ce B
MM M k
M M
eV
eV
1 1 , ,( )
( .)
i cp B i cp T
e
p
M MV
H
V Ultimate Shear Force of column
,
, 1
, ,( )
i ce T
i cp T bp
i ce T ce B
MM M k
M M
,
, 1
, ,( )
i ce B
i cp B bp
i ce T ce B
MM M k
M M
,bp RM
,bp LM
, ,bp bp L bp RM M M
[ 順時針方向 ]
, ,bp bp L bp RM M M
圖 柱端可能彎矩與設計剪力 eV 的計算方法
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RC - 36
剪力筋設計
程式先依規範 § 15.5.4.1 公式(15-3)與(15-4)考量圍束區之緊密箍筋,計
算橫向鋼筋斷面積需求,及§ 15.5.4.2 的間距規定,再逕行配置需求剪
力筋。
'0.3 ( )( 1)
'0.09 ( )
gcsh c
yt ch
csh c
yt
AfA s b
f A
fA s b
f
(15-3), (15-4)
柱圍束區之緊密箍筋間距限制
柱需求鋼筋量與剪力筋配置
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RC - 37
Gen的 Strong Column-Weak Beam > Ductile Design強柱弱梁韌性設計功能對
於具有地下結構體的分析模型,自動以基面(G.L.)為分界,僅基面以上梁/
柱構件會進行強柱弱梁彎矩分配進行柱設計,而基面以下(含基面)的各構
件將不考量強柱弱梁彎矩分配,但仍考量韌性配筋原則。
有關模型基面的設定請參考 Model > Building > Control Data 指令,"Use
Ground Level"選項設定基面高程的功能。一般基面高程座標應設定與一樓
柱底節點的 Z 座標值相同。
Building Control 對話框
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RC - 38
6. 執行 RC 構架韌性檢核
RC 構架韌性設計完成後,程式將依實配鋼筋量(As,usd)進行梁柱接頭之彎矩
強度檢核,確定柱之彎矩強度是否符合規範 § 15.5.2.2 公式(15-1)規定,意
即強柱弱梁需求。
6 5nc nb
M M (15-1)
式中:
ncM = 連接於接頭各柱在接頭中心之計算彎矩強度之總和。
nbM = 連接於接頭各梁在接頭中心之計算彎矩強度之總和。
指令:Design > RC Strong Column-Weak Beam > Ductile Checking...
指令功能表
執行 Ductile Checking 直接於模型上顯示強柱弱梁比值,該 Ratio 將依據
Concrete Design Code 對話框內選定之 SCWB Checking Method 檢討之。
(1) 以 Design Strength 設計撓曲強度進行檢討
, ,
, ,
c cnc T nc B
b nb L b nb R
M MRatio
M M
(2) 以 Nominal Strength 計算彎矩強度進行檢討
, ,
, ,
nc T nc B
nb L nb R
M MRatio
M M
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RC - 39
執行 Ductile Checking 檢核強柱弱梁比值參數設定如下說明。
Ductile Checking 對話框
Output Option:輸出選項
Angle(Global Axis):按全球座標軸顯示 (預設選項)
Column Local Axis:按柱軸方向 Local-y, Local-z 顯示
Direction:顯示方向
Min. Ratio by Both Direction:順時針/逆時針方向兩者取最小值
Clockwise:顯示順時針方向比值
Counter-Clockwise:顯示反時針方向比值
Capacity Ratio:強度比
All:顯示所有節點之比值
Acceptance Limit:顯示出不符合係數 1.2 的節點與比值資料。按
規範預設值 Acceptance Limit = 1.2,設計者亦可修改。
強柱弱梁檢核(Ductile Checking),對每ㄧ個載重組合下柱構件之彎矩強
度係以單軸 P-M 交互影響曲線及相對應的軸力求得。
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RC - 40
在強柱弱梁設計(Ductile Design)時,設計彎矩強度係以雙軸 P-M 交互影
響曲線法求得,因此,Ductile Design 與 Ductile Checking 所得柱構件之
設計撓曲強度計算上可能會不同。
查看強柱弱梁比值表:
指令:Design > RC Strong Column-Weak Beam > Strong Column-Weak Beam
Ratio Table...
指令功能表
此功能同前述之 RC 構架韌性檢核 Ductile Checking,係以表格方式顯示梁與
柱所提供之彎矩強度(Beam Strength & Column Strength),以及強柱弱梁比
值 Ratio,確定是否符合規範 § 15.5.2.2 強柱弱梁需求。
強柱弱梁比值的表格可依全球座標系(Global Axis )或柱軸方向(Column
Local Axis )表示,兩種方式皆可列出順時針/逆時針方向結果,如下頁圖
所示。由於程式會自動判斷最頂層柱頂節點,這些節點將不做強柱弱梁比
值檢討(Ratio=99.99),因此設計者可透過 Records Activation 對話框排除最頂
層柱頂節點後再輸出檢核表格。
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Records Activation 對話框
表 強柱弱梁比-Angle(Global Axis)
表 強柱弱梁比-Column Local Axis
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7. 梁/柱設計力查詢
執行 Strong Column-Weak Beam > Ductile Design 強柱弱梁韌性設計後的梁/
柱構件設計力查詢。
梁構件 I 端、中段、J 端之設計力為考慮各載重組合包絡值,取區間內彎矩
最大值進行設計,因此不一定是構件之 I 端、1/4、1/2、3/4、J 端斷面分析
內力。柱構件大多數由強柱弱梁彎矩分配所控制,因此不一定是彈性分析所
得之最大彎矩。故設計力與彈性分析內力結果(Results > Result Tables > Beam
Forces)不一定相同,設計者可透過 Concrete Design Force 功能查詢進行梁/
柱構件設計時最終採用之設計力,無論是考慮韌性或非韌性設計條件,均可
透過此功能查詢構件設計力。
指令:Design > Concrete Design Force > Beam Design Force...
Design > Concrete Design Force > Column Design Force...
Beam Design Force 表格
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Column Design Force 表格
8. 樓層極限層剪力檢核
為使建築物各層具有均勻之極限剪力強度,無顯著弱層存在,計算設計地
震力作用下各層的極限剪力強度。各層的極限剪力強度為柱之極限剪力與
牆之極限剪力強度的總和。任ㄧ層強度與其設計層剪力的比值低於其上層
所得比值 80%者,視為弱層。
柱之極限剪力即為 Ductile Design 強柱弱梁設計所決定的柱設計剪力,而牆
之極限剪力計算,程式目前係參照[土木 404-90]混凝土工程設計規範之應用
(下)建議之方法考量。
梁、柱構件均完成韌性設計後,由以下指令查看樓層之極限層剪力結果表。
指令:Results > Result Tables > Story > Ultimate Story Shear Force Check...
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Ultimate Story Shear Force Check 表格-X 向
Ultimate Story Shear Force Check 表格-Y 向
若 1
( / )0.8
( / )p e i
p e i
V V
V V
者為顯著弱層。表格中,分別對順時針向/反時針向
檢討 Beta1 與 Beta2 值後兩者取小,若為弱層則表示為“NG”。
對於 X 向與 Y 向設計地震力作用方向必頇如上頁圖中與所示,輸入相
對應的地震力作用角度,X 向(Angle=0 度)與 Y 向(Angle=90 度)按 Apply 鍵確
認,方可得到相對應之樓層極限層剪力檢討資料。
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9. 調整梁、柱配筋再次檢討
梁、柱構件均完成韌性設計後,程式已自動賦予梁、柱構件之斷面實配鋼筋。
在不變更構件尺寸、材料強度的前提下,若設計者因考慮鋼筋連續性或其他
因素(如強柱弱梁比 NG、極限層剪力 NG),頇手動修改局部梁、柱構件之實
配鋼筋配置時,可透過 Modify Beam/Column Section Data 指令進行鋼筋編
輯工作,修改梁、柱斷面鋼筋配置資料。
指令:Design > Concrete Design Parameters > Modify Beam Section Data...
Design > Concrete Design Parameters > Modify Column Section Data...
一般在操作上,可先用 Update Rebar 功能將梁、柱構件設計結果自動寫入
Beam/Column Section Data(不需手動抄出資料再做輸入),在接續鋼筋編輯工
作較為便利省時。Update Rebar 功能可由設計者決定按 "Member" 或
"Property" 將鋼筋資訊寫入對應之 "桿件" 或 "斷面"中。
例如:先前步驟已完成梁、柱構件設計,由 Design > Concrete Code Design >
Beam/Column Design 開啟梁/柱設計結果總表,勾選「SEL」欄位中任一筆
或多筆需要修改鋼筋資料的構件,按對話框左下方之「Update Rebar」按鈕
自動寫入鋼筋資訊,根據設計結果的資料顯示方式,鋼筋配置資料寫入
Section Data 的方式有兩種:
(1) 當資料顯示方式為 "by Property" 時,鋼筋資訊按 "斷面" 寫入 Section
Data,亦即將該斷面總合設計的配筋最大值(Critical Section)的結果寫入
該斷面所對應的各桿件中。此種方式在鋼筋資訊修改時較為簡便,但鋼
筋用量可能會稍有增加。
(2) 當資料顯示方式為 "by Member" 時,鋼筋資訊按 "桿件" 寫入 Section
Data,亦即根據該桿件之個別設計結果,將配筋寫入對應的桿件中。相
同斷面會因不同桿件賦予不同的鋼筋配置結果,設計資料較細緻,相同
斷面會衍生許多 Sub Section 次斷面,鋼筋資訊修改可按個別桿件逐一處
理。
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RC - 46
依梁斷面寫入鋼筋資訊 依梁桿件寫入鋼筋資訊
依柱斷面寫入鋼筋資訊 依柱桿件寫入鋼筋資訊
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RC - 47
執行設計結果總表的 Update Rebar 功能後,程式會將相關鋼筋資訊同步列
入工作樹 (Works Tree)表單內,方便設計者運用工作樹選單相關功能指令,
諸如選取、查看、編輯與指派、刪除...等進行各項修改工作,選擇右鍵功能
表的"Properties"選項,將直接開啟對應的 Modify Beam/Column Rebar Data
對話框,方便設計者查看與編輯鋼筋資訊。
Works 表單顯示 Rebar Data - Beam, Column
此外,設計者可選擇直接由主選單 Design > Concrete Design Parameters >
Modify Beam Section Data...或 Modify Column Section Data...指令開啟 Modify
Beam Rebar Data 與 Modify Column Rebar Data 對話框,查看前步驟透過
Update Rebar 功能所寫入的梁/柱斷面鋼筋資訊,並進一步進行鋼筋資料的
編輯修改工作。
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RC - 48
(1) 梁斷面鋼筋資訊:在 Modify Beam Section Data... 對話框內「Bar」欄位
顯示為" In" 所對應的斷面,表示已寫入鋼筋資訊 (如下圖所示)。
查看/編輯梁斷面鋼筋資訊
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RC - 49
(2) 柱斷面鋼筋資訊:在 Modify Column Section Data... 對話框內「Bar」欄
位顯示為" In" 所對應的斷面,表示已寫入鋼筋資訊 (如下圖所示)。
查看/編輯柱斷面鋼筋資訊
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RC - 50
設計者可針對「Bar - In」已寫入鋼筋資訊的斷面,透過對話框內 Rebar data
表格修改鋼筋配置,諸如配置之主筋號數與支數(Main Rebar)、箍筋號數與
間距(Stirrup, Tie/Spirals)、扭力筋號數與支數(Skin)、主筋到邊緣混凝土的距
離(dT, dB, do)等,鋼筋資訊若有變更,對話框下方的斷面配筋顯示圖將一併
同步更新,設計者可透過斷面圖確認鋼筋的配置情況是否符合需求。點選對
話框下方"日"或"田" (如前頁圖中所示)可開啟"田"或縮回"日"斷面配筋詳
圖 Detail Figure 的顯示。
[補充說明] 對於「Bar」欄位顯示為 " -" 所對應的斷面,表示該斷面尚未寫
入鋼筋資訊,設計者亦可透過 Rebar data 表格自行對該斷面進行新增鋼筋資
訊的動作,自行輸入配筋資訊的時機,一般用於既有建築物的評估作業,既
有建物的斷面配筋為已知條件,設計者可輸入鋼筋資訊後再進行梁/柱斷面
應力檢討工作,核算斷面強度是否符合規範需求。
透過 Modify Beam/Column Section Data... 功能重新確認梁/柱桿件之鋼筋配
置後,對於已修改鋼筋配置的梁、柱構件頇執行 Concrete Beam/Column
Checking 指令重新核算斷面強度。
指令:Design > Concrete Code Check > Beam Checking...
Design > Concrete Code Check > Column Checking...
梁、柱構件 Code Check 執行結束後,會出現依照台灣規範(TWN-USD100)
進行 RC 韌性設計的梁構件與柱構件之檢核結果視窗。
TWN-USD100 RC-Beam Checking Result Dialog 梁檢討結果視窗
TWN-USD100 RC-Column Checking Result Dialog 柱檢討結果視窗
梁、柱構件檢討結果表的顯示資訊大致同梁、柱構件設計結果表,查看結
果的方式亦同前方法。斷面再次核算後即可進一步接續強柱弱梁檢討與樓
層極限層剪力檢核功能,再次獲得相關報表資料,新的各項檢核結果係依
據設計者修正後之配筋條件核算而得。
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Beam Checking Result 梁檢討結果視窗
Column Checking Result 柱檢討結果視窗
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RC - 52
10. 檢視各樓層梁、柱配筋結果
完成韌性設計/檢核相關工作後,透過 Concrete Design Results 功能由模型視
窗檢視最終採用之梁、柱配筋結果。建議設計者可先利用 Active Identity 功
能按樓層 "Story" 啟用顯示,再查看梁、柱配筋結果,模型視窗畫面會比較
簡潔清楚。
啟用個別樓層 Active Identity - Story
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RC - 53
指令:Design > Concrete Design Results...
於模型視窗顯示 Combined Ratio 數值
顯示 Combined Ratio:
Type of Display 勾選
"Contour" - 色階圖
" Values" - 顯示應力比數值
Model View 將於對應桿件上
顯示應力比值,當應力比>1.0
時,數值一般會顯示為"紅色"
方便設計者查看。
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RC - 54
於模型視窗顯示 Reinforcement 鋼筋訊息
顯示 Reinforcement 鋼筋訊息:
⊙Rebar - 鋼筋配置
⊙Area - 鋼筋量
⊙Ratio - 鋼筋比
Model View 將於對應桿件上顯示設計者
欲查看的鋼筋資訊。