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滑動式隔震平台應用於振動敏感性設備之地震模擬試驗

為了解決耐震係數gal的問題，作者林瑞泰 這樣論述：

科技廠許多振動敏感性製程設備在中、小地震中極易受損，尤其是垂直爐管，這是震害損失主要來源之一。填滿晶圓片的石英晶舟連同外罩之石英管係以機械手臂置入機台定點後退出，因此無法鎖固於機台上，僅以自由站立的形式置於其中。由於晶舟與石英管屬細長型結構，高寬比約6:1，極易產生晃動。此外，因晶圓與石英間的摩擦係數很小，40 gal以上的樓板加速度峰值即可能造成滑片導致晶圓受損；當樓板加速度峰值達120 gal以上時，晶舟就可能與石英管碰撞，甚至傾倒，帶來巨大損失。有鑑於此，中、小地震下，垂直爐管隔震平台必須在樓板加速度達40 gal之前就能啟動，避免晶圓受損；在大地震中，隔震平台的加速度必須控制在100

gal以內，避免晶舟及石英管傾倒。此外，受限於特殊氣體管線的容許伸長量，在設計地震強度下，隔震平台的最大位移必須控制在18 cm之內，以確保安全；殘餘位移在3 cm以內，機台毋須重新定位。前述加速度控制目標，採滑動或滾軸式隔震支承均能達到；若要兼顧強震作用下的加速度與位移控制，則以滑動式支承較為可靠。本研究提出以摩擦單擺支承(Friction Pendulum Bearing, FPB)為隔震系統，其滑動介面為曲面，可於任意方向移動，並以滑動介子維持上部結構與水平面永遠正交。欲達到垂直爐管的防震設計目標，摩擦係數必須控制在3%以下，這須仰賴高精密的加工技術與適當的界面材料，所用的滑動材料必須

滿足無塵室所要求的不揮發、耐腐蝕、耐磨耗及免維護等條件。針對垂直爐管的隔震應用，交通大學土木工程系與劦承精密股份有限公司合作開發了以摩擦單擺支承為基礎的隔震平台，並進行了一系列的振動台試驗，包括以正弦波來檢測隔震平台的啟動門檻，以Kobe震波來探討隔震平台在不同震度條件下的性能表現。測試結果顯示，隔震平台在尖峰樓板加速度(PFA)達21gal時即能啟動，界面摩擦係數μ≦0.03，當尖峰樓板加速度達747gal時，平台最大加速度僅 70 gal，無任何的晶圓滑落，最大位移僅為10.77cm，滿足性能設計目標。此外，在所有的測試中，隔震支承的最大殘餘位移(residual displacement

)不逾0.42cm，遠低於容許值，證明各項指標都能符合規格要求，可實際應用於科技廠。

應用風速功率譜密度函數於調諧質量阻尼器最佳化設計與減振效能之探討

為了解決耐震係數gal的問題，作者周琮堯 這樣論述：

隨著都市的發展和科技的進步，許多國家在近幾十年內開始興建超高層建築，相繼角逐世界最高建築。在台灣以及其他地震頻繁的國家，例如:日本、中國…等，以往結構物在設計載重時只需考慮自重帶來的垂直向載重和地震力帶來的橫向載重即可，但隨著建築高度攀升，根據風工程領域學者們的研究，高度愈高，風速愈大，且伴隨而來的風壓力和施加於建築物上的風力亦隨之增加，此時的風力就有可能超過地震力成為主控的設計載重，此為安全性層面的考量。除了安全層面以外，建築本身若為住宅用途尚須考量舒適性或使用性，由於超高層建築多使用高強度建築材料，使其不需加大梁柱尺寸即可抵抗巨量的垂直載重，然而此特性造成結構物的側向勁度過於軟弱，在風力

的作用下，頂層居室的側向振動加速度有可能使人體感到不舒適，進而影響居住者的舒適性。綜合以上兩點對於超高層建築既有特性的描述，在設計階段需更加了解風力對其帶來的影響。由於超高層建築會有頂層側向加速度過大的現象，而過大的加速度則會使人體感到不舒適，因此，許多超高層建築裝設調諧質量阻尼器(Tuned Mass Damper, TMD)來抑制這樣的情形，如台北101大樓、日本大阪的Crystal Tower、美國紐約的Citicorp Center和加拿大的CN Tower等。TMD是一種結構被動控制裝置，裝設完成後不需額外施力即可開始運作並減緩建築物的振動。在調諧質量阻尼器的研究領域，學者們大多假設

風力為白噪音型式，此作法可將其功率譜密度假設為定值，便於進行TMD最佳化設計，但實際上風力的功率譜密度函數並非定值，本文採用von Karman (1948)提出的風速功率譜密度函數取代白噪音型式的風力進行TMD的最佳化設計，並將兩種外力作用下的最佳化參數解與折減率做比較，以探討不同外力形式下的最佳化設計變數解對減振效果的影響。除了探討實際風力譜密度函數與白噪音之間的不同以外，本文進一步討論TMD質量比與減振效果的關係。首先，以Paola(1998)提出的數值模擬流程製造出多筆符合風場特徵的風速歷時，再將風速轉換成風力，接著將風力加載於不同的剪力構架模型上並進行TMD最佳化問題的求解，最後透過

動力分析得到裝設TMD前後的位移、速度與加速度歷時。針對舒適性問題，建築物耐風設計規範及解說(以下簡稱規範)4.3節規定頂層居室的振動加速度峰值不得超過5 gal(cm/s^2)，若超過此上限值，則必須依規範4.5節之內容採用可減緩振動加速度的裝置來降低頂層居室的最大加速度，而TMD即為其中一種裝置。設計TMD時所需的頻率比和阻尼比可經由演算法求解最佳化問題得知，而質量比則需考量減振效果與結構物的負重能力。本研究以多筆風力歷時進行時間域的動力分析，將結果進行統計，並提出針對舒適性指標的超越機率，最後得到使各建築物模型的頂層居室加速度峰值降至法規上限值內所需的最低質量比，此為臨界質量比。期望未來

工程師與建築師在TMD初步設計階段時，除了考慮風洞實驗的結果之外，也能參考本文臨界質量比的概念進行TMD設計，確保減振效果的同時也避免過度設計的情形。