ETABS输入注意事項及输出结果判读

ETABS輸入注意事項及輸出結果判讀 1. 夾層、斜屋頂利用參考面定義 建築物有夾層、斜屋頂、斜坡等可利用參考面來定義。如圖1於RF與PH樓層間加入斜屋頂和夾層為例。 圖1 於屋頂層與PH層加入斜屋頂及夾層 A. 將左側影像設為2軸之立面。建立位於B軸距RF層高為4m，往A軸下降1m的斜屋頂，以及於D-F間高3m之夾層。 B. 點按Edit menu > Edit Reference Planes 指令帶出如圖2所示編輯參考平面之表單。將單位設為m，Z-Ord編輯盒鍵入19點按ADD鈕，再於編輯盒內鍵入18點按ADD鈕，點按OK鈕完成設定。 圖2 參考平面編輯表單 C. 顯現如圖3之影像。確認抓點模式被按下，選取繪製線物件鈕 ，繪製如圖4，1-2, 3-4之兩桿件。 D. 點選所繪製之兩線物件，點按Edit menu > Extrude Lines to Areas指令帶出如圖4之表單，於Linear標籤下dy編輯盒輸入500，number編輯盒為1，點按OK鈕完成設定，將線物件延伸為面物件。 圖3 於立面圖上繪製線物件 圖4 延伸線物件為面物件表單 E. 於版下方繪製柱，於版四周繪製梁即完成斜屋頂及夾層之設置。 2. 線物件之內定方向 A. 點按Set Building View Options鈕，帶出如圖5之表單，勾選Line Local Axes核取方塊，點按OK鈕。 B. 如圖6平面上顯現線物件之局部方向軸。紅、白、藍依序為1，2，3軸，1軸為沿桿件之軸，根據內定水平的梁2軸為朝上，垂直的柱2軸為平行整體座標系統的正X軸，3軸根據右手定則而決定其方向。此處的2軸通常對應於斷面定義時之主軸。 圖5 設定建物顯示選項表單 圖6 平面上顯示梁物件之局部方向 C. 如要變更圖6柱之方向時，點按該柱同時按下鍵盤之Ctrl鍵，出現如圖7之選取清單，選擇COLUMN C2 4F即選取該柱。 D. 點按Assign menu > Frame/Line > Local Axes指令帶出如圖8之表單，於Angle編輯盒輸入變更角度如90，點按OK鈕完成柱角度之變化。 圖7 選取清單 圖8 局度軸方向變更表單 3. 質量計算來源之指定 A. 考慮P-Delta效應、計算週期、反應譜分析、歷時分析時必須使用建物之質量，因此質量之計算方式非常重要。點按Define menu > Mass Source指令帶出如圖9之表單。 圖9 定義質量來源之表單 B. 表單內顯示質量計算之來源有3種方式，第1種為根據構材使用材料之單位體積質量計算加上額外附加之質量(構材本身以外考量之質量)。第2種為從載重轉換成質量(建議使用)，載重的來源及倍數需另行於Define Mass Mutiplier for Loads區內指定，如圖9考慮自重、SDEAD載重(粉刷、配管等)、CALDDING載重(外牆)1倍及外加活載重LIVE之0.25倍。好處為直接由載重轉換無須另行計算附加質量。第3種為以上兩種之和，使用不當時可能會將自重之質量加算一倍。 4. 剛隔版之設定檢核 A. 未設定剛隔版時，無法作用靜力水平載重於隔版上，此外RC樓版的行為合乎剛隔版之設定，分析時由於自由度的降低可較快速完成。 B. 通常每一樓層設一剛隔板，但樓板如有大開口或非方整時，可考慮區分為數個剛隔板而以柔性板相連結。原則上相鄰樓層平面類似時可設為相同編號的隔板，如退縮等變化較大應設為不同隔板編號。 C. 檢視隔版的範圍可點按Set Building View Options鈕，帶出如圖10之表單，勾選Diaphragm Extent核取方塊，點按OK鈕。平面將如圖11顯示該樓層剛隔板範圍(所連結的節點)、質心位置和隔板編號，可依續檢視各樓層狀態。 D. 檢視完畢後，同C步驟帶出表單，不勾選Diaphragm Extent核取方塊，平面上將部在顯示隔板狀況 圖10 設定建物顯示選項表單 圖11 剛隔板之中心及連接之節點 5. 變更程式使用之單位 A. 點按File menu > New Model指令建立新模型時，主視窗右下角單位清單所顯示的單位，即為程式內使用之單位，儘管建立模型當中改變為各種單位，程式內部將自動轉換為其使用之單位。因此如果建新模型時未注意單位之設定，有可能英制、公制混用將出現單位轉換產生之小數。 B. 要變更程式使用單位的唯一方法為，於主視窗右下角單位清單內選定今後想使用之單位，點按File menu > Export > Save Model as ETABS.e2k Text File指令，將模型繪出成文字檔。 C. 接著點按File menu > Inport> ETABS.e2k File指令將上述匯出之檔案再行匯入，則程式使用的單位已變更為所設定的單位。 6. 桿件編號再整理 A. 桿件編號隨著輸入之順序由程式自行決定，當模型經過多次修正後將產生編號不連續及難以依序找到編號的問題。 B. 點按Edit menu > Auto Relabel All指令將帶出如圖12之警告表單，警告編號重組後無法回復，點按[確定]即進行標號重組。 C. 編號重組的原則為以整棟為對象，順序為(1)桿件兩端的節點Y座標平均值，(2)桿件兩端節點X座標平均值，由小而大排列如圖13所示。兩端座標相同的桿件具有相同的編號。 D. 不同樓層相同位置之梁、柱應有相同的編號，發現有異時可能繪製不正確，可利用複製方式去修正。 圖12 自動編號重組之警告表單 圖13 程式自動編號之原則 7. 垂直載重傳遞原則 A. ETABS目前僅將作用於薄膜(membrance)、甲板(deck)之水平樓板上的垂直載重傳遞到周邊的梁。且薄膜為雙向板之傳遞方法，甲板為單向板之傳遞方式有其方向性可於圖面上顯示，如圖14。內定方向為平行X軸，可利用Assign功能變更其方向。 B. 樓板性質為薄殼(shell)、平板(plate)等之樓板並無垂直載重傳遞到梁的功能，採用此性質樓板需將其細分(mesh)，透過節點的連接傳遞力量。 C. 斜板、斜屋頂不管樓板性質為何，目前皆為自動傳遞垂直載重的功能。 圖14 不同樓板性質之垂直載重傳遞方式 8. 反應譜分析之輸入 A. 進行動力反應譜之分析時，首先要輸入反應譜函數。點按Define menu > Response Spectrum Functions指令，帶出如圖15之定義晚應譜函數表單，點按Add Spectrum from File鈕，帶出圖16的表單，從外部檔案輸入反應譜函數。如要使用內定反應譜可從Add User Spectrum清單內選取。 圖15 定義反應譜函數 B. 於表單內，如圖16所示依序1~6步驟輸入。首先(1)定義反應譜名稱，接著(2)由目錄內選取反應譜檔案，(3)檢視檔案如有說明文等需跳開之行數，(4)將要跳開之行數輸入編輯盒內，(5)反應譜資料之關係如為週期對反應值時，點選Peiod vs Value，(6)按Display Graph鈕顯示反應譜之圖形。點按OK鈕完成反應譜函數之設定 圖16 反應譜函數輸入表單 C. 定義反應譜函數後，點按Define menu > Response Spectrum Cases指令帶出如圖17之表單，點按Add New Spectrum鈕定義反應譜分析狀況。帶出如圖18之表單。 圖17 反應譜分析狀況定義表單 D. 於定義反應譜分析狀況表單內，需輸入下述項目。(1)輸入反應譜分析狀況名稱，(2)反應譜之組尼比，(3)振態之組合方式，(4)各方向反應之組合方式，(5)於作用方向上選取反應譜函數名稱，U1為X方向，U2為Y方向，UZ為Z方向，(6)放大係數。該值將乘上輸入之反應譜數值，一般為考慮重力加速度值，(7)作用角度，從輸入方向逆時針轉動之角度，如圖18若輸入90則反應譜作用方向變更為Y方向。(8) 各樓層剛隔板之偏心率，(9)如各樓層考慮偏心率不同時，按Overide鈕進行修正。 圖18 反應譜分析狀況之定義表單 9. 分析選項之設定 A. 輸入資料完成後，進入分析時點按Analyze menu > Set Analysis Options指令帶出如圖19之分析選項表單。依建物考慮之自由度點按圖形鈕，內定為Full 3D，即每一節點具6個自由度。如為平面構架應選對應之平面鈕。程式筋自定顯現有效之自由度。 B. 如需計算週期則勾選Dynamic Analysis核取方塊後，按下Set Dynamic Parameters鈕帶出圖20之表單，(1)輸入要計算的振態數，如果僅要知道各方向的基本週期則9次已足夠。如果進行反應譜或歷時分析則須考慮計算之振態述所涵蓋之有效參與質量是否足夠。(2)選取分析類型，要求得建物基本周其可選eigenvector，動力分析建議使用Ritz Vectors，(3)計算之誤差值，此處為內定值。 C. 如果分析類型選用Ritz Vectors則表單之輸入如圖21所示，需另行設定起始載重向量。 圖19 分析選項之表單 圖20 動力分析參數-1 圖21 動力分析參數-2 D. 考慮P-Delta效應時，勾選圖19之include P-Delta核取方塊，並點按Set P-Delta Parameters鈕帶出圖22之表單。 E. P-Delta效應考慮有兩種方式，一種為以質量為基礎，考慮整體剛隔板之效應，而非單獨構材之效應，優點為組入勁度矩陣內無須反復求解，缺點為無法反應細長柱之挫屈狀況。如圖22所示，考慮此種效應無須另外輸入資料。 F. 一種為以載重組合為基礎，其必須反復求解，但可反應細長柱之效應。如圖23，輸入反復求解之最多次數，誤差值以及所考慮之載重組合。 G. 上述兩方法計算出之週期皆略有不同，前者因將P-Delta效應組入勁度矩陣內，勁度因而降低週期也就較長。 圖 22 P-Delta 設定表單-1 圖23 P-Delta設定表單-2 10. 分析後.log檔之檢視 A. 點按Analyze menu > Run Analysis指令後，程式進入分析狀態，將出現視窗顯示分析進行之情形，但是執行完畢該視窗即被關閉無法檢視內容。要檢視執行過程是否有問題時，點按File menu > Last Analysis Run Log指令帶出如圖24之文字檔。可檢視分析過程中是否有警告或錯誤訊息，如果有應再修正輸入資料，如果正常將顯示 “ANALYSIS COMPLETE”。 圖24 檢視分析過程訊息之檔案 B. 分析正常結束後，模型將被鎖住，鈕出現下押的圖像。此時同時顯現載重的變形圖，而模型無法作任何修正。如果非如此而檢視分析過程又無錯誤訊息，則原因為資料檔名或經過之路徑有中文名稱，程式執行無錯誤但是無法寫入結果，修正檔名等後問題應該即解決。 C. 另外，繼續進行斷面設計中若有斷面之改寫(Overwrite)，而想將斷面帶入分析內時，不要經模式解鎖而是再點按分析鈕，設計斷面將自動導入分析斷面而進行再次的分析。 11. 分析後之載重檢視 A. 分析後可再檢視經由樓板傳遞到構架之載重。將主畫面顯示4個視窗，一個為平面，另外三個各為1, 2, 3個構架。 B. 將構架1視窗設為活動視窗，點按Display menu > Show Loads > Frame/Line指令帶出如圖25之表單。選取載重狀況為LIVE，因為構架未設定任何外加活載重，因此所有載重由面載重(樓板)傳遞而來，點按OK顯示活載重傳遞到構架之狀況。如圖26 所顯示。 C. 相同步驟，顯示構架2, 3, A活載重之分佈情形如圖27。從各構架載重之分部可看出，透過樓板傳遞到周邊梁的載重為根據雙向板載重的分配原則。 圖25 顯示構架載重表單 圖26 顯示構架1活載重之分布 圖27 構架2, 3, A活載重之分布 12. 分析後之應力檢視 A. 分析後可利用圖形顯示結果來檢視分析結果。確定3D影像為活動的，後點按Elevation View鈕 ，並選取1將影像設定為軸線1的立面影像。 B. 點按Show Frame/Pier/Spandrel Force鈕 ，或Display menu > Show Member Force/Stress Diagram > Frame/Pier/Spandrel Forces指令帶出圖28的構架構材力圖表單。 1. 從Load下拉式方塊選DEAD靜力載重。 2. 選取Moment 3-3選項。 3. 不勾選Fill Diagram核取方塊。 4. 勾選Show Values on diagram核取方塊。 5. 點按OK鈕，產生如圖29的彎矩圖。 6. 彎矩顯示處為梁柱境介面，如要檢核節點力平衡需將彎矩推算到節點上。 注意，這些彎矩圖將正彎矩繪於構材拉力側。假如想變更的話，使用Options menu > Moment Diagrams on Tension Side指令去切換。 圖 28 構架構材力圖表單 圖29 於構架1立面影像的M33彎矩圖 C. 於如圖28構材應力表單上選取Axial Forces，勾選包括Piers，並將顯示選項改為Fill Diagram。點按OK鈕顯示出包括牆及構架之軸力如圖30所示。 D. 注意，如果Wall位於分析前未定義其Pier或Spandrel編號將無法顯示其應力或進行設計。 E. 點按左側視窗使RF平面為活動視窗，如上述步驟顯示其DEAD載重M33之彎矩圖，顯示後如圖30所示。 圖30 顯示構架1含Piers之軸力圖 F. 以滑鼠右鈕點按軸線A和B間的RF層梁，帶出如圖31的梁圖表單。 注意，顯示的作用載重、剪力、彎矩和變形皆為該梁的，而最大值同時顯示於Diagram for Beam表單上。梁顯示的均布載重為從樓板的分配載重加上梁的自重。 1. 點選Scroll for Values選項將於表單底部出現捲動棒。以滑鼠拖曳捲動棒可檢視位於梁上不同位置的數值。 2. 將表單右下角的單位設為kgf-m。然後於Location編輯盒輸入2.5。將以kgf和m單位顯示於該指定位置的載重、剪力、彎矩和變形值。 3. 點按Static Load Case下拉式方塊並從清單選取CLADDING，顯示從外加靜載重CADDING作用於此梁的力量。均布載重(向下為正)應該顯示為350kgf/m，該值為所作用的外牆載重如圖32。點按Done鈕關閉表單。 4. 點按Display menu > Show Undeformed Shape指令或Show Undeformed Shape鈕 ，清除於平面影像顯示的彎矩圖。 5. 將活動視窗轉換到右側之立面視窗，以相同步驟清除顯示之軸力圖。 圖31以滑鼠右鈕點按圖30的梁時所得受力的詳細狀況 圖32 變更使用單位及檢視不同載重狀況 13. 週期及振態之檢視 A. 點按Set Default 3DView 鈕 ，將影像設定為內定3D影像。 B. 點按Display menu > Show Mode Shape指令或Show Mode Shape鈕，出現圖33之振態表單，於振態述選擇1。點按OK鈕離開表單，主視窗3D影像顯示如圖34之第一振態，標題列上顯示出該振態之週期 C. 由圖形可之第一振態為Y方向，周期為0.5627秒，從基面到頂層高18m，0.03 X 18 = 0.54，因此週期大致合乎概算。 圖33 振態表單 圖34 顯示振態及週期 D. 若要檢視有關周期、振態資料時，點按Display menu > Show Tables指令帶出圖35之選取顯示表單。勾選Modal Information核取方塊，點按OK鈕。 E. 顯示出資料庫表單，於右上清單選Modal Paticipating Mass Ratios，出現如圖36之資料庫。看出第1振態為Y方向週期0.56265秒，第2振態為X方向周期為0.557179秒，但是到第12次週期累積之有效質量未達90%，因此進行動力分析時必須增加振態數之計算。 圖35 選取顯示內容表單 圖36 振態之周期其有效質料之累積 14. 分析後側向位移之檢視 A. 將右側視窗變更為構架2的立面圖。點按Set Default 3DView 鈕 ，將影像設定為內定3D影像。 B. 點按Display menu > Show Deformed Shape指令帶出如圖37之定義變形表單，選載重狀況為EQX1 Static Load(X方向載重)。點按OK鈕，顯現如圖38的變形圖。 C. 以滑鼠右鈕點按構架2屋頂層E軸之節點，顯現該節點於EQX1載重狀況下之位移(如圖38左側表單)，載重下該節點X向位移為1.77cm。 圖37 定義變形表單 圖38 構架2之側向位移 D. 接著點按顯示位移量表單內之Loteral Drifts鈕，出現如圖39所示該節點位置各樓層的側向位移及位移角。 E. 從表單上可看出該節點位置之3F側向樓層位移為千分之1.859。點按右上角之X記號，關閉表單。 F. 將活動視窗設定為RF樓層，顯示EQX1載重狀況之位移圖，以滑鼠右鈕點按建築物角隅各點之位移量，如圖40可得E-1點為X向最大位移1.909cm。如此可檢視建物平面之最大位移、計算出平均位移以及應該考量的外加偏心鈕矩。 圖39 節點各樓層的側向位移及位移角 圖40 由平面圖上找出最大側位移量 15. 分析後之輸出 A. 分析後之結果圖形或報表可直接列印或由印表機輸出。右側窗顯示構架之彎矩圖，直接列印至印表機時，點按File menu > Print Preview for Gaphics指令，顯示如圖41之預覽視窗。可於視窗內調整繪出圖形大小，調整後點按Print鈕即可印出。 B. 將分析結果列印或儲存於檔案時，點按File menu > Print Tables > Analysis Output指令，帶出如圖42之表單。表單內首先選擇要列印的項目如Displacements， Frame Forces等，接著選擇輸出的載重狀況，列印的順序，及是否直接列印或儲存至檔案。按OK完成設定。 圖41 繪出圖形之預覽視窗 圖42 選取列印項目等之清單 C. 若要以資料庫型式輸出資料時，點按File menu > Export > Save Input/Output as Access Database File指令，帶出圖35之選取輸出表單。可選取輸入或輸出結果同時匯入資料庫。資料庫之輸出例如圖43所示。 D. 圖43顯示梁應力之例，表單顯示樓層、梁名、位置及相對應之軸力、2,3方向剪力、2,3方向之彎矩。由圖看出顯示位置為50cm間距，此為內定之output Station其可針對所選取構架進行設定。 圖43 Access 資料庫顯示梁應力例 E. 變更構材輸出位置點時，例如利用Select menu > by Line Object Type > Beam 指令選取所有梁物件，點按Assign menu > Frame/Line > Frame Output Stations指令帶出如圖44之設定輸出位置表單，點選Min Number Stations於編輯盒輸入5，意思為每根梁輸出點設為最少5點。 F. 重新分析繪出相同資料庫，如圖44可知梁輸出位置變更為5。 圖44 設定輸出位置表單 圖45 梁輸出位置點變更為5後之資料 16. 層剪力與反應譜層剪力比較之修正 A. 點按Display menu > Show Tables指令帶出圖35之選取顯示表單。勾選Building Output核取方塊，並選取EQX1之載重狀況，點按OK鈕。顯示分析後之樓層資料，於右側清單選取Story Shears顯示出各層之靜力側向力，如圖46所示可得2F剪力為160ton。 B. 同樣的步驟此次選取載重為SPECT1，顯示出如圖47所示2F之樓層剪力為138ton，反應譜分析後之剪力較小，若修正為靜力剪力之90%時，其修正係數為160662.54*0.9/138294.27= 1.046，即於反應譜分析Case表單內之修正係數再乘上1.046即可，如圖48。 圖46 靜力側向載重EQX1分析後之各樓層剪力 圖47 反應譜SPECT1分析後之各樓層剪力 圖48 修正反應譜分析之放大係數 17. RC構架之設計 A. 點按Define menu > Special Seismic Load Effects指令，帶出如圖49之表單。此表單為選用美國規範設計時，是否包括特殊地震設計資料(即載重組合時增大其載重係數)。於表單內選取Do Not Include..，點按OK鈕完成設定。 圖49 設計時考慮之特殊地震資料表單 B. 點按Options menu > Preferences > Concrete Frame Design指令。Preference表單如圖50所示。點按表單上部的Design Code下拉式方塊去檢視設計規範。選取ACI 318-99規範。點按OK鈕接受其他設計內定值。 圖50 RC構架設計的Preferences表單 C. 右側視窗設為3D影像並使其活動的視窗。 D. 點按Set Building View Options鈕 。當出現設定建築物影像選項表單時，如圖51所示不勾選Object Fill核取方塊。這將移除於面物件的塗滿顯示。 1. 於表單的Object Present in View區，不勾選All Null Areas核取方塊。 2. 勾選Apply to All Windows核取方塊並點按OK鈕，接受這些變更。 E. 點按Design menu > Concrete Frame Design > Select Design Combo指令，顯示如圖52所示設計載重組合表單，右側載重組合清單為程式根據所選取規範自動組合而成。選取DCON3然後按Show鈕帶出如圖53所示，DCON3之載重組合詳細情形，包括靜載、活載、地震力及其載重係數。點按OK鈕回到圖52表單，可繼續檢視其他載重組合或點按OK鈕離開表單。 圖51 設定建築物影像選項表單 圖 52 設計載重組合表單 圖 52 載重組合資料表單 F. 點按鈕，選取全物件。點按Design menu > Concrete Frame Design > View/Revise Overwrites指令，帶出如圖54之設計資料改寫表單，勾選Element Type核取方塊，該項編輯盒顯示為Sway Special。點按OK鈕，離開表單。(V8版本內定為Sway Intermediate，因此首次設計必先做此設定) 圖54 構架設計資料改寫表單 G. 點按Design menu > Concrete Frame Design > Start Design/Check of Structure指令開始進行設計。當設計完成後，於模型上顯示構材之主筋量。此模型如圖55所示。圖形上顯示出不同顏色的梁構材，紅色表示該梁於設計上有應力超出的情形。 圖55 RC構架設計完成後的模型 H. 確認左側平面影像顯示4F樓層且為活動的。點按Design menu > Concrete Frame Design > Display Design Info指令，帶出如圖56所示之表單。選取Design Output選項，並於下拉式清單內選取Longitudinal Reinforcing。點按OK鈕，離開表單。 圖56 顯示設計結果表單 I. 左視窗顯示出梁之主筋量，如圖57所示。 圖57 顯示梁構材之主鋼筋量 J. 以滑鼠右鈕點按2軸B-D梁，帶出主視窗顯示出梁之主筋量，如圖58所示。表單內指出剪力設計應力超出(扭力過大之原因) K. 點按表單左下之Overwrite鈕，帶出如圖59之設計資料改寫表單。勾選Element Section核取方塊，按該項編輯盒之右側，出現斷面清單，選取B50x70。點按OK鈕，將該梁由B30x60變更為B50x70。回到如圖60之設計資料表單，由於斷面之加大，剪力無法設計問題已解除。點按OK鈕回到如57之主視窗，此時2軸B-D梁之顏色已非紅色，顯示設計完成。 圖58 梁設計資料表單 圖59 設計資料改寫表單 圖60 梁設計資料表單 RC設計輸出檔說明(柱設計) (1) 樓層識別名 (2) 柱線名 (3) 柱斷面名 (4) 柱位置距離，從底端計算起 (5) 主筋量及控制之載重組合 (6) 主方向之剪力筋量(內定為X方向)及控制之載重組合。單位為cm2/cm，換算一般常使用之單位cm2/m，須將該數值乘上100 (7) 次方向之剪力筋量(內定為Y方向)及控制之載重組合 RC設計輸出檔說明(梁柱接頭設計) 此輸出僅構架設定為Sway Special時才會檢討 (1) 主方向之 (6/5)梁/柱 強度比及控制之載重組合，此值小於1.0才符合强柱弱梁之要求 (2) 次方向之 (6/5)梁/柱 強度比及控制之載重組合 (3) 主方向接頭強度比及控制之載重組合。此值小於1.0表示接頭區強度足夠 (4) 次方向接頭強度比及控制之載重組合 RC設計輸出檔說明(梁主筋設計) (1) 樓層識別名 (2) 梁跨名 (3) 梁斷面名 (4) 梁位置距離，從i端計算起 (5) 梁上端主筋量及控制之載重組合 (6) 梁下端主筋量及控制之載重組合 RC設計輸出檔說明(梁剪力筋設計) (1) 抵抗扭力必要之剪力筋量及控制的載重組合，換算成cm2/m之單位時須乘上100 (2) 抵抗剪力必要之剪力筋量及控制的載重組合，換算成cm2/m之單位時須乘上100。以(1)*2+(2)的量配置剪力筋。 分析後之輸出 (剛隔板之樓層位移角) 柱內力輸出 梁內力輸出 週期 參與質量比 側力之分布 (X向加5%偏心) 1