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研究生: 許立昇
Li-sheng Hsu
論文名稱: 坡地建築物之穩定性研究
Stability Analysis Building on Hillside
指導教授: 鄭蘩
Van Jeng
李咸亨
Hsien-Heng Lee
口試委員: 黃慶東
none
陳瑞華
none
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 286
中文關鍵詞: 坡地建築穩定性安全因數傾倒滑動承載
外文關鍵詞: stability analysis, building on hillside, safety factor, over tending, slide, bearing
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  • 一般平地房屋結構之設計,其下部結構通常是為剛性體,坡地房屋結構則必須考慮下部結構受到側向土壓力之影響,但因規範並無明文規定,故設計工程師憑著自己的經驗做設計,甚至比照平地結構作設計,實際上坡地建築物之穩定性,是需要做檢核的。
    本研究採用靜力分析與擬動態分析兩種方法,利用各種不同土壤性質、結構尺寸及樓層等相關參數,在不同震區,設計地震力參照建築物耐震設計規範並同時加入擋土牆設計及土壤承載力計算之概念,探討在非地震與地震下,坡地結構其三種破壞機制之檢核(傾倒、滑動與土壤承載力檢核),將分析所得到之合格率(OK)與不合格率(NG)的結果加以統計。
    研究成果:
    1.須檢核坡地結構在地震作用下之穩定性
    2.地震下坡地結構之傾倒與土壤承載力之破壞機率較滑動者高
    3.地震下砂土層上之坡地結構其滑動破壞機率較粘土層高
    4.地震下坡地結構之結構寬度越窄越不穩定
    5.地震下坡地結構之樓層越高越不穩定
    6.10F以上結構寬度無延伸較有延伸不穩定


    For building structural design, the underground part was usually considered as rigid body. However, for building structure on hillside, the underground part design should include the lateral earth pressure as loading. Currently, there is no clear regulation about this in the design codes, therefore engineers are designing according to their own experience or even design the same way as the structure is on the plain.

    Static and pseudo seismic loading are applied on the hillside structure for stability analysis about the failure of overturning, sliding, and bearing. Different soil types, structure sizes, building story, seismic zones are parameters considered. The safety ratio of the all analysis results are used for assessing the overall stability of hillside buildings.

    For the hillside structures, the results are:

    1.The stability analysis on the hillside structure under earthquakes should be mandated.
    2.The probability of failure for the hillside structure on overturning is higher than on sliding.
    3.The probability of failure for the hillside structure on sand type soil is higher than on clay type soil.
    4.The probability of failure for the hillside structure with small base width is higher than with large base width.
    5.The probability of failure for the hillside structure with more height is higher than with less height.

    摘要I AbstractII 誌謝III 目錄IV 表目錄VI 圖目錄VIII 第一章 緒論1 1.1前言1 1.2文獻回顧1 1.3研究方法4 1.4研究內容5 第二章 山坡地房屋結構系統7 2.1前言7 2.2基本假設及結構模型介紹7 2.2.1基本假設7 2.2.3結構模型介紹11 第三章 邊坡結構之穩定性分析13 3.1前言13 3.2分析方法13 3.2.1房屋結構耐震設計13 3.2.2土壤作用力16 3.2.3邊坡穩定性計算及檢核19 第四章 分析結果24 4.1 前言24 4.2 各種型式之分析結果比較25 4.2.1 常時與地震時之比較25 4.2.2 近斷層與非近斷層之比較27 4.2.3 粘土層與砂土層之比較30 4.2.4 三種破壞型式之比較32 4.3 寬度有無延伸之分析結果比較35 4.4結論43 第五章 結論與建議47 5.1 結論47 5.2 建議49 參考文獻51 附錄一 計算範例197 附錄二 各項安全因數合格表204 表目錄 表2.1 結構寬度分類52 表2.2 樓層高度分類53 表3.1 短週期結構之工址放大係數 (線性內插求值)53 表3.2 長週期結構之工址放大係數 (線性內插求值)53 表3.3 週期上限係數 (依 線性內插求值)54 表3.4 一般工址或近斷層區域之工址設計水平譜加速度係數 54 表3.5 支承力因數55 表3.6 各項影響因素之計算式57 表4.1 土壤性質分類在常時與地震時之合格率比較58 表4.2 結構寬度分類在常時與地震時之合格率比較59 表4.3 樓層高度分類在常時與地震時之合格率比較60 表4.4 破壞型式分類在常時與地震時之合格率比較61 表4.5-1 土壤性質分類在常時與地震時之合格率比較(10F以上寬度延伸)62 表4.5-2 土壤性質分類在常時之合格率比較(10F以上)63 表4.5-3 土壤性質分類在地震時之合格率比較(10F以上)64 表4.6-1 結構寬度分類在常時與地震時之合格率比較(10F以上寬度延伸)65 表4.6-2 結構寬度分類在常時之合格率比較(10F以上)66 表4.6-3 結構寬度分類在常時之合格率比較(10F以上)67 表4.7-1 樓層高度分類在常時與地震時之合格率比較(10F以上寬度延伸)68 表4.7-2 樓層高度分類在常時之合格率比較(10F以上)69 表4.7-3 樓層高度分類在地震時之合格率比較(10F以上)70 表4.8-1 破壞型式分類在常時與地震時之合格率比較(10F以上寬度延伸)71 表4.8-2 破壞型式分類在常時之合格率比較(10F以上)72 表4.8-3 破壞型式分類在地震時之合格率比較(10F以上)73 表4.9 土壤性質分類在震區之合格率比較74 表4.10 結構寬度分類在震區之合格率比較75 表4.11 樓層高度分類在震區之合格率比較76 表4.12 破壞型式分類在震區之合格率比較77 表4.13-1 土壤性質分類在震區之合格率比較(10F以上寬度延伸)78 表4.13-2 土壤性質分類在近斷層之合格率比較(10F以上)79 表4.13-3 土壤性質分類在非近斷層之合格率比較(10F以上)80 表4.14-1 結構寬度分類在震區之合格率比較(10F以上寬度延伸)81 表4.14-2 結構寬度分類在近斷層之合格率比較(10F以上)82 表4.14-3 結構寬度分類在非近斷層之合格率比較(10F以上)83 表4.15-1 樓層高度分類在震區之合格率比較(10F以上寬度延伸)84 表4.15-2 樓層高度分類在近斷層之合格率比較(10F以上)85 表4.15-3 樓層高度分類在非近斷層之合格率比較(10F以上)86 表4.16-1 破壞型式分類在震區之合格率比較(10F以上寬度延伸)87 表4.16-2 破壞型式分類在近斷層之合格率比較(10F以上)88 表4.16-3 破壞型式分類在非近斷層之合格率比較(10F以上)89 表4.17 震區分類在土層之合格率比較90 表4.18 結構寬度分類在土層之合格率比較91 表4.19 樓層高度分類在土層之合格率比較92 表4.20 破壞型式分類在土層之合格率比較93 表4.21-1 震區分類在土層之合格率比較(10F以上寬度延伸)94 表4.21-2 震區分類在砂土層之合格率比較(10F以上)95 表4.21-3 震區分類在粘土層之合格率比較(10F以上)96 表4.22-1 結構寬度分類在土層之合格率比較(10F以上寬度延伸)97 表4.22-2 結構寬度分類在砂土層之合格率比較(10F以上)98 表4.22-3 結構寬度分類在粘土層之合格率比較(10F以上)99 表4.23-1 樓層高度分類在土層之合格率比較(10F以上寬度延伸)100 表4.23-2 樓層高度分類在砂土層之合格率比較(10F以上)101 表4.23-3 樓層高度分類在粘土層之合格率比較(10F以上)102 表4.24-1 破壞型式分類在土層之合格率比較(10F以上寬度延伸)103 表4.24-2 破壞型式分類在砂土層之合格率比較(10F以上)104 表4.24-3 破壞型式分類在粘土層之合格率比較(10F以上)105 表4.25 震區分類在破壞型式之合格率比較106 表4.26 土壤性質分類在破壞型式之合格率比較107 表4.27 結構寬度分類在破壞型式之合格率比較108 表4.28 樓層高度分類在破壞型式之合格率比較109 表4.29-1 震區分類在破壞型式之合格率比較(10F以上寬度延伸)110 表4.29-2 震區分類在傾倒檢核之合格率比較(10F以上)111 表4.29-3 震區分類在滑動檢核之合格率比較(10F以上)112 表4.29-4 震區分類在承載檢核之合格率比較(10F以上)113 表4.30-1 土壤性質分類在破壞型式之合格率比較(10F以上寬度延伸)114 表4.30-2 土壤性質分類在傾倒檢核之合格率比較(10F以上)115 表4.30-3 土壤性質分類在滑動檢核之合格率比較(10F以上)116 表4.30-4 土壤性質分類在承載檢核之合格率比較(10F以上)117 表4.31-1 結構寬度分類在破壞型式之合格率比較(10F以上寬度延伸)118 表4.31-2 結構寬度分類在傾倒檢核之合格率比較(10F以上)119 表4.31-3 結構寬度分類在滑動檢核之合格率比較(10F以上)120 表4.31-4 結構寬度分類在承載檢核之合格率比較(10F以上)121 表4.32-1 樓層高度分類在破壞型式之合格率比較(10F以上寬度延伸)122 表4.32-2 樓層高度分類在傾倒檢核之合格率比較(10F以上)123 表4.32-3 樓層高度分類在滑動檢核之合格率比較(10F以上)124 表4.32-4 樓層高度分類在承載之合格率比較(10F以上)125 表4.33 15F與18F結構寬度延伸前後在滑動檢核之F.S計算126 表4.34 傾倒檢核之參數敏感度127 表4.35 滑動檢核之參數敏感度128 表4.36 承載檢核之參數敏感度129 表4.37 傾倒檢核之參數敏感度(10F以上寬度延伸)130 表4.38 滑動檢核之參數敏感度(10F以上寬度延伸)131 表4.39 承載檢核之參數敏感度(10F以上寬度延伸)132 圖目錄 圖1.1 靜止土壓力作用之情形134 圖2.1 房屋結構受地震作用之力量分佈情形134 圖2.2 擋土牆結構受側向土壓力135 圖2.3 山坡地房屋結構系統在地震下之受力分佈情形136 圖2.4 3F房屋結構及其受力形式137 圖2.5 4F房屋結構及其受力形式138 圖2.6 5F房屋結構及其受力形式139 圖2.7 7F房屋結構及其受力形式140 圖2.8 10F房屋結構及其受力形式141 圖2.9 12F房屋結構及其受力形式142 圖2.10 15F房屋結構及其受力形式143 圖2.11 18F房屋結構及其受力形式144 圖2.12 20F房屋結構及其受力形式145 圖2.13 10F(寬度延伸)房屋結構及其受力形式146 圖2.14 12F(寬度延伸)房屋結構及其受力形式147 圖2.15 15F(寬度延伸)房屋結構及其受力形式148 圖2.16 18F(寬度延伸)房屋結構及其受力形式149 圖2.17 20F(寬度延伸)房屋結構及其受力形式150 圖3.1 載重偏心基礎結構151 圖4.1-1 土壤性質分類在常時之合格率樣本數152 圖4.1-2 土壤性質分類在地震時之合格率樣本數152 圖4.2-1 結構寬度分類在常時之合格率樣本數153 圖4.2-2 結構寬度分類在地震時之合格率樣本數153 圖4.3-1 樓層高度分類在常時之合格率樣本數154 圖4.3-2 樓層高度分類在地震時之合格率樣本數154 圖4.4-1 破壞型式分類在常時之合格率樣本數155 圖4.4-2 破壞型式分類在地震時之合格率樣本數155 圖4.5-1 整體穩定性在常時之合格率樣本數156 圖4.5-2 整體穩定性在地震時之合格率樣本數156 圖4.6-1 土壤性質分類在常時之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)157 圖4.6-2 土壤性質分類在地震時之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)157 圖4.6-3 土壤性質分類在常時之合格率樣本數(10F以上)157 圖4.6-4 土壤性質分類在地震時之合格率樣本數(10F以上)157 圖4.7-1 結構寬度分類在常時之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)158 圖4.7-2 結構寬度分類在地震時之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)158 圖4.7-3 結構寬度分類在常時之合格率樣本數(10F以上)158 圖4.7-3 結構寬度分類在地震時之合格率樣本數(10F以上)158 圖4.8-1 樓層高度分類在常時之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)159 圖4.8-2 樓層高度分類在地震時之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)159 圖4.8-3 樓層高度分類在常時之合格率樣本數(10F以上)159 圖4.8-4 樓層高度分類在地震時之合格率樣本數(10F以上)159 圖4.9-1 破壞型式分類在常時之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)160 圖4.9-2 破壞型式分類在地震時之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)160 圖4.9-3 破壞型式分類在常時之合格率樣本數(10F以上)160 圖4.9-4 破壞型式分類在地震時之合格率樣本數(10F以上)160 圖4.10-1 整體穩定性常時之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)161 圖4.10-2 整體穩定性地震時之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)161 圖4.10-3 整體穩定性常時之合格率樣本數(10F以上)161 圖4.10-4 整體穩定性地震時之合格率樣本數(10F以上)161 圖4.11-1 土壤性質分類在近斷層處之合格率樣本數162 圖4.11-2 土壤性質分類在非近斷層處之合格率樣本數162 圖4.12-1 結構寬度分類在近斷層處之合格率樣本數163 圖4.12-2 結構寬度分類在非近斷層處之合格率樣本數163 圖4.13-1 樓層高度分類在近斷層處之合格率樣本數164 圖4.13-2 樓層高度分類在非近斷層處之合格率樣本數164 圖4.14-1 破壞型式分類在近斷層處之合格率樣本數165 圖4.14-2 破壞型式分類在非近斷層處之合格率樣本數165 圖4.15-1 整體穩定性在近斷層處之合格率樣本數166 圖4.15-2 整體穩定性在非近斷層處之合格率樣本數166 圖4.16-1 土壤性質分類在近斷層處之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)167 圖4.16-2 土壤性質分類在非近斷層處之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)167 圖4.16-3 土壤性質分類在近斷層處之合格率樣本數(10F以上)167 圖4.16-4 土壤性質分類在非近斷層處之合格率樣本數(10F以上)167 圖4.17-1 結構寬度分類在近斷層處之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)168 圖4.17-2 結構寬度分類在非近斷層處之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)168 圖4.17-3 結構寬度分類在近斷層處之合格率樣本數(10F以上)168 圖4.17-4 結構寬度分類在非近斷層處之合格率樣本數(10F以上)168 圖4.18-1 樓層高度分類在近斷層處之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)169 圖4.18-2 樓層高度分類在非近斷層處之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)169 圖4.18-3 樓層高度分類在近斷層處之合格率樣本數(10F以上)169 圖4.18-4 樓層高度分類在非近斷層處之合格率樣本數(10F以上)169 圖4.19-1 破壞型式分類在近斷層處之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)170 圖4.19-2 破壞型式分類在非近斷層處之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)170 圖4.19-3 破壞型式分類在近斷層處之合格率樣本數(10F以上)170 圖4.19-4 破壞型式分類在非近斷層處之合格率樣本數(10F以上)170 圖4.20-1 整體穩定性在近斷層處之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)171 圖4.20-2 整體穩定性在非近斷層處之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)171 圖4.20-3 整體穩定性在近斷層處之合格率樣本數(10F以上)171 圖4.20-4 整體穩定性在非近斷層處之合格率樣本數(10F以上)171 圖4.21-1 震區分類在砂土層之合格率樣本數172 圖4.21-2 震區分類在粘土層之合格率樣本數172 圖4.22-1 結構寬度分類在砂土層之合格率樣本數173 圖4.22-2 結構寬度分類在粘土層之合格率樣本數173 圖4.23-1樓層高度分類在砂土層之合格率樣本數174 圖4.23-2 樓層高度分類在粘土層之合格率樣本數174 圖4.24-1 破壞型式分類在砂土層之合格率樣本數175 圖4.24-2 破壞型式分類在粘土層之合格率樣本數175 圖4.25-1 整體穩定性在砂土層之合格率樣本數176 圖4.25-2 整體穩定性在粘土層之合格率樣本數176 圖4.26-1 震區分類在砂土層之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)177 圖4.26-2 震區分類在粘土層之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)177 圖4.26-3 震區分類在砂土層之合格率樣本數(10F以上)177 圖4.26-4 震區分類在粘土層之合格率樣本數(10F以上)177 圖4.27-1 結構寬度分類在砂土層之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)178 圖4.27-2 結構寬度分類在粘土層之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)178 圖4.27-3 結構寬度分類在砂土層之合格率樣本數(10F以上)178 圖4.27-4 結構寬度分類在粘土層之合格率樣本數(10F以上)178 圖4.28-1 樓層高度分類在砂土層之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)179 圖4.28-2 樓層高度分類在粘土層之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)179 圖4.28-3 樓層高度分類在砂土層之合格率樣本數(10F以上)179 圖4.28-4 樓層高度分類在粘土層之合格率樣本數(10F以上)179 圖4.29-1 破壞型式分類在砂土層之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)180 圖4.29-2 破壞型式分類在粘土層之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)180 圖4.29-3 破壞型式分類在砂土層之合格率樣本數(10F以上)180 圖4.29-4 破壞型式分類在粘土層之合格率樣本數(10F以上)180 圖4.30-1 整體穩定性在砂土層之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)181 圖4.30-2 整體穩定性在粘土層之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)181 圖4.30-3 整體穩定性在砂土層之合格率樣本數(10F以上)181 圖4.30-4 整體穩定性在粘土層之合格率樣本數(10F以上)181 圖4.31-1 震區分類在傾倒檢核之合格率樣本數182 圖4.31-2 震區分類在滑動檢核之合格率樣本數182 圖4.31-3 震區分類在承載檢核之合格率樣本數182 圖4.32-1 土壤性質分類在傾倒檢核之合格率樣本數183 圖4.32-2 土壤性質分類在滑動檢核之合格率樣本數183 圖4.32-3 土壤性質分類在承載檢核之合格率樣本數183 圖4.33-1 結構寬度分類在傾倒檢核之合格率樣本數184 圖4.33-2 結構寬度分類在滑動檢核之合格率樣本數184 圖4.33-3 結構寬度分類在承載檢核之合格率樣本數184 圖4.34-1 樓層高度分類在傾倒檢核之合格率樣本數185 圖4.34-2 樓層高度分類在滑動檢核之合格率樣本數185 圖4.34-3 樓層高度分類在承載檢核之合格率樣本數185 圖4.35-1 整體穩定性在傾倒檢核之合格率樣本數186 圖4.35-2 整體穩定性在滑動檢核之合格率樣本數186 圖4.35-3 整體穩定性在承載檢核之合格率樣本數186 圖4.36-1 震區分類在傾倒檢核之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)187 圖4.36-2 震區分類在滑動檢核之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)187 圖4.36-3 震區分類在承載檢核之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)187 圖4.36-4 震區分類在傾倒檢核之合格率樣本數(10F以上)188 圖4.36-5 震區分類在滑動檢核之合格率樣本數(10F以上)188 圖4.36-6 震區分類在承載檢核之合格率樣本數(10F以上)188 圖4.37-1 土壤性質分類在傾倒檢核之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)189 圖4.37-2 土壤性質分類在滑動檢核之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)189 圖4.37-3 土壤性質分類在承載檢核之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)189 圖4.37-4 土壤性質分類在傾倒檢核之合格率樣本數(10F以上)190 圖4.37-5 土壤性質分類在滑動檢核之合格率樣本數(10F以上)190 圖4.37-6 土壤性質分類在承載檢核之合格率樣本數(10F以上)190 圖4.38-1 結構寬度分類在傾倒檢核之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)191 圖4.38-2 結構寬度分類在滑動檢核之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)191 圖4.38-3 結構寬度分類在承載檢核之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)191 圖4.38-4 結構寬度分類在傾倒檢核之合格率樣本數(10F以上)192 圖4.38-5 結構寬度分類在滑動檢核之合格率樣本數(10F以上)192 圖4.38-6 結構寬度分類在承載檢核之合格率樣本數(10F以上)192 圖4.39-1 樓層高度分類在傾倒檢核之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)193 圖4.39-2 樓層高度分類在滑動檢核之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)193 圖4.39-3 樓層高度分類在承載檢核之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)193 圖4.39-4 樓層高度分類在傾倒檢核之合格率樣本數(10F以上)194 圖4.39-5 樓層高度分類在滑動檢核之合格率樣本數(10F以上)194 圖4.39-6 樓層高度分類在承載檢核之合格率樣本數(10F以上)194 圖4.40-1 整體穩定性在傾倒檢核之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)195 圖4.40-3 整體穩定性在承載檢核之合格率樣本數(10F以上寬度延伸)195 圖4.40-4 整體穩定性在傾倒檢核之合格率樣本數(10F以上)196 圖4.40-5 整體穩定性在滑動檢核之合格率樣本數(10F以上)196 圖4.40-6 整體穩定性在承載檢核之合格率樣本數(10F以上)196

    【1】 Brooker, E.W.,and Ireland, H.O.(1965).”Earth Pressure at Rest Related to Stress History,”Canadian Geotechnical Journal, Vol.2,No.1
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