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立式水塔耐震抗風性能與最佳化設計

為了解決風速換算級數的問題，作者陳奕宏 這樣論述：

本論文針對現有水塔產品分析模擬遭受地震以及颱風所受影響，遵循耐震以及耐風規範設計地震力以及風力。採用有限元素分析軟體Abaqus使用靜力分析的方式評估產品的耐震以及抗風性能。並且針對水塔整體結構最佳化設計，嘗試減少體積的情況下一樣可以承受地震以及颱風影響。地震力分為水平力以及垂直力，根據地震級數4、5、6以及7設定地震力。最小設計水平地震力最終簡化成V=0.28W，最小設計垂直地震力最終簡化成V_h=0.14W。W為物體重量。根據結果，在7級地震441gal水平力8831.25N影響下應力值達到204Mpa，因此7級地震影響下接近不鏽鋼降伏強度205Mpa。風力分為水平力以及垂直力，根據颱風

級數大小設定風力，分為輕度、中度以及強烈颱風。水平風力計算式最終簡化成F=5.2q(z)，垂直風力計算式最終簡化成F_h=2.3q(z)，其中q(z)為風速壓。根據結果，強烈颱風風速84(m⁄s)風速壓691(kgf⁄m^2 )時最大應力值達到129Mpa。皆未達到不鏽鋼降伏強度205Mpa。最終對水塔結構進行拓樸最佳化。設計響應選擇應變能以及體積。目標函數選擇為體積減少10%，最終結果顯示在整體材料節省10%情況下一樣可以承受最大級數負載。