構序 StructFlow
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Technical overview

高強度鋼筋混凝土斷面分析的雲端計算

本文概述構序 StructFlow 計算核心涵蓋的分析範圍、所依據的研究與規範，以及它與原版 New RC 研究程式的關係。

StructFlow 研發團隊・SUHUL LLC・更新於

摘要

構序 StructFlow 是以 New RC 高強度鋼筋混凝土研究成果為基礎的雲端斷面分析平台，涵蓋矩形與圓形柱、結構牆的雙軸強度、彎矩-曲率分析與懸臂式擋土牆設計。計算核心經教授驗證，並與原版研究程式的實際輸出逐點比對；在維持結果一致的前提下，雲端版提升了受壓區計算精度與速度，並以連續的需求／容量比提供更穩定的載重檢核。本文為技術概要，完整的設計依據與檢核過程於註冊後在計算書中提供。

關鍵詞高強度鋼筋混凝土・New RC・雙軸交互作用曲面・需求／容量比・纖維斷面分析・擋土牆

1研究背景

台灣自 2010 年代推動新型高強度鋼筋混凝土（New RC）研究，以高強度混凝土搭配高強度鋼筋，降低高層建築的構材尺寸與鋼筋量 [9, 10]。高強度材料使傳統設計參數與圍束行為需要重新校正 [15, 16]，相關研究程式多以桌面執行檔流通，在工程實務中不易整合、更新與追溯。

StructFlow 的目標是把這類研究程式轉化為可日常使用的工程工具，同時不改變其力學結果。

2斷面強度

混凝土受壓採等值矩形應力塊 [3, 4]，參數依 New RC 研究對高強度混凝土修正 [10]，適用 fc′ 至 100 MPa 等級。受壓區直接精確計算，沒有傳統纖維切割的離散誤差；強度折減與軸力上限依圍束型式（橫箍／螺箍）。

3雙軸交互作用曲面

沿各中性軸方位角計算 P–M 子午線，組成三維交互作用曲面；取樣方式與原版相同，因此可與原版輸出逐點比對。

結構牆 P–M 交互作用曲線（強軸與弱軸）06,00012,00018,00024,00030,000-2,0001,6675,3339,00012,66716,33320,000M（tf·m）P（tf）θ＝0°（繞 x 軸）θ＝90°（繞 y 軸）
圖 1結構牆預設案例在 θ＝0° 與 90° 的設計強度曲線，說明強弱軸容量差異（計算核心實算）。

4連續的需求／容量比

傳統以離散取樣點判定的檢核結果，會隨取樣角度跳動。StructFlow 以設計強度曲面求得連續、穩定的需求／容量比，可一次檢核 ETABS 匯出的上萬組載重，原版判定法並列保留以便與舊結果對照。

5彎矩-曲率分析

纖維斷面分析同時考慮保護層與圍束核心。核心混凝土採 Mander 圍束模型 [1, 2]；HUNG 模型描述高性能纖維混凝土（HPFRCC）[11, 12]；UHPC 包覆模型用於評估 UHPC 包覆補強 [13, 14]。

四種混凝土模型的彎矩-曲率曲線0.000.050.100.150.20050100150200250曲率 φ（1/m）M（tf·m）無圍束（μφ ≈ 3.25）Mander 圍束 K＝1.3（μφ ≈ 19.21）HUNG（HPFRCC）（μφ ≈ 12.01）UHPC 包覆（μφ ≈ 8.79）
圖 2同一斷面（60 × 60 cm、fc′ 700 kgf/cm²、P＝0.1fc′Ag）在四種混凝土模型下的彎矩-曲率曲線，由計算核心實算。

6懸臂式擋土牆

依 [5, 6]：穩定性以安全係數檢核，構材採強度設計；地震土壓採 Mononobe–Okabe 理論 [7]，並自動挑選配筋。

懸臂式擋土牆斷面與牆身彎矩包絡牆身彎矩（tf·m/m）常時 Mu地震 Mu設計強度 φMn
圖 3預設懸臂式擋土牆的牆身彎矩包絡（計算核心實算）。

7雲端架構與效能

計算核心只在雲端執行，瀏覽器只送出輸入、取回結果。這同時保護研究成果，也確保所有使用者使用同一版本的計算核心；計算書印出版本號以供追溯。

表 1計算效能（矩形柱 80 × 80 cm、16 根 #10）
運算規模時間
交互作用曲面2,622 點約 4 ms
交互作用曲面（高解析）12,558 點約 8 ms
載重組合檢核2,000 組約 80 ms
彎矩-曲率一條曲線約 60 ms

參考文獻

  1. Mander, J. B., Priestley, M. J. N., & Park, R. (1988). Theoretical stress-strain model for confined concrete. Journal of Structural Engineering, 114(8), 1804–1826. doi:10.1061/(ASCE)0733-9445(1988)114:8(1804)
  2. Popovics, S. (1973). A numerical approach to the complete stress-strain curve of concrete. Cement and Concrete Research, 3(5), 583–599. doi:10.1016/0008-8846(73)90096-3
  3. Whitney, C. S. (1937). Design of reinforced concrete members under flexure or combined flexure and direct compression. ACI Journal Proceedings, 33(3), 483–498. doi:10.14359/8429
  4. ACI Committee 318. (2019). Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-19) and Commentary (ACI 318R-19). American Concrete Institute. doi:10.14359/51716937
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  6. 內政部（Ministry of the Interior, Taiwan）. (2023). 建築物基礎構造設計規範（Design Specifications for Foundations of Buildings），112 年 6 月 20 日修正發布，113 年 1 月 1 日生效. nlma.gov.tw
  7. Mononobe, N., & Matsuo, H. (1929). On the determination of earth pressure during earthquakes. Proceedings of the World Engineering Congress, Vol. 9, Tokyo, 177–185.
  8. Sutherland, I. E., & Hodgman, G. W. (1974). Reentrant polygon clipping. Communications of the ACM, 17(1), 32–42. doi:10.1145/360767.360802
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  13. Shao, Y., Kuo, C.-W., & Hung, C.-C. (2021). Seismic performance of full-scale UHPC-jacket-strengthened RC columns under high axial loads. Engineering Structures, 243, 112657. doi:10.1016/j.engstruct.2021.112657
  14. Hung, C.-C., Kuo, C.-W., & Shao, Y. (2021). Cast-in-place and prefabricated UHPC jackets for retrofitting shear-deficient RC columns with different axial load levels. Journal of Building Engineering, 44, 103305. doi:10.1016/j.jobe.2021.103305
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