基於運動的設計

• 課程重點

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• 教學大綱

運動設計範例

傳統結構設計程式一般基於兩方面要求，一是安全，二是服務能力。

安全涉及在結構體生命期內最多只可能發生一次的極限荷載，並考慮到結構體倒塌，對結構體及它所包容的物體的主要損壞，以及壽命消耗。

服務能力指的是在結構生命期內多次發生的適度荷載。

當承受荷載時，結構應保持運作，也就是說，結構應能承受的最小損壞，並且，結構的運動不應超出人的特定舒適度及安裝在結構體上運動敏感儀測量出的限制值。

只有當獨立結構元素的抵抗力（即結構強度）比極限負載時所要求的大，安全才得到保證。

當結構體是成比例的，便可得出剛度特性，可用來檢驗不同的耐用限制，如彈性行為。對一個合意的結構設計的集中來說，迭代法通常是必要的。

這種方法被稱為基於強度的設計，因為各個組成部分一開始就是根據強度要求成比例設計的。

當強度成為設計要求的控制性因素時，提供一個基於強度的初始設計方法是適當的。

過去，大多數結構設計問題歸結為以上範疇。

但是，近來以下幾方面在發展的同時，也限制了基於強度的設計方式的有效性。

第一，對更柔韌結構體（如高樓和大跨度水平建築）需求的增加的趨勢導致在結構體的使用承載下需要更大的結構運動。因此，建築的要求從強調安全向強調承載能力轉換。

第二，有些新型設施，如空間平臺及半導體製造中心，相對於典型的土建結構，對運動有更嚴格的設計上的限制。

例如，在晶片製造中，環境應保持無運動。

第三，近來材料科學和工程的進步導致傳統工程材料強度有很大提高。但是，材料的剛度並沒有同步提高。

材料剛度相對於材料強度的滯後導致不能滿足不同運動參數要求的問題。

事實上，對強度非常高的材料來說，運動需控制設計。

第四，根據近期地震的經驗表明，用來修復由於非彈性變形帶來的結構損傷的費用遠遠超出預期。

這一發現導致減少對非彈性變形的依賴，並採用其他類型的能量消耗及吸收機制的來控制結構回應的趨勢。

根據以上原因，基於運動的結構設計是一種可選擇的範式。

這一方法把滿足運動設計條件如位移及加速度限制值作為首要目標，並尋求材料剛度和運動控制的優化佈局，以達到設計目的並滿足強度限制。

結構運動控制技術是基於運動的設計能夠實現的技術。

 

• 評分

評分基於13個問題集和2個測驗。

 

 

下面的參考及鏈結提供了關於基於運動的設計的進一步資訊。

 

 

阻尼Damping

 

Rasmussen, E. 〈阻尼器抑制搖擺〉 "Dampers Hold Sway." 《土木工程雜誌》 Civil Engineering Magazine. Vol. 67, no. 3 (1997): 40-43.

 

基礎隔離Base Isolation

 

《地震隔離的橡膠技術》Rubber Technology for Seismic Isolation

 

Kojima, H., and Y. Fukahori. 《橡膠世界》 Rubber World. Vol. 35, no. 202 (1990).

 

Fujita, R., S. Suzuki, and S. Fujita. 《1989年美國機械工程師協會壓力容器和管道系統會議》The 1989 ASME Pressure Vesseles and Piping Conference. Vol. 181 (1989): 923-928.

調諧質量阻尼器Tuned Mass Damper

 

 

高層建築物的主動調諧阻尼器Tuned Active Damper for High-Rise Buildings

 

標準及規範Standards and Codes

 

美國國家標準關於人置身於建築物的震動評估的指南: ANSI S3.29-1983 (R1996)

 

 

Allen, D. E., and T. M. Murray. .〈由於步行引起的振動的設計準則〉"Design Criterion for Vibrations Due to Walking." 《美國鋼結構學會工程雜誌》AISC Engineering Journal. Vol. 30, no.4 (1993): 117-129.

組織機構

ACI美國混凝土學會The American Concrete Institute

AISC美國鋼結構學會American Institute of Steel Construction

ANSI美國國家標準學會American National Standards Institute

ASCE美國土木工程師協會American Society of Civil Engineers

BOCA建築國家標準管理委員會－包括國家建築標準Building Officals/ Code Administrators -Includes the National Building Code