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鋼材由於具有高強度、勁度與韌性,鋼結構因而被視為具有較佳抗 震能力的建築,以梁、柱組成的特殊抗彎矩構架 (Special Moment Resisting Frames, SMRFs)是最基本的抗震構架系統,但由於滿足強度需 求的鋼結構梁、柱斷面較小,因此側向勁度小於 RC 或 SRC 結構,即使 鋼結構的自重較輕、地震力較小,相對產生的側向位移仍然較大。為了 滿足各種耐震性能設計的需求,有時仍須配置斜撐與牆等構件以增加勁 度與強度,常見的鋼骨耐震構架基本系統除了梁柱抗彎矩構架外、還包 含特殊同心斜撐構架 (Special Concentrically Braced Frames, SCBFs) 、偏 心斜撐構架 (Eccentrically Braced Frames, EBFs) 、挫屈束制斜撐構架 (Buckling-Restrained Braced Frames, BRBFs) 與特殊鋼板剪力牆構架 (Special Plate Shear Walls Frames, SPSWFs)。

鋼材雖然具有高強度、勁度與韌性,但是鋼結構不必然是耐震建 築,鋼材的韌性仍有限度,缺乏良好設計或施工的接合細部所產生的破 壞仍然在歷次震害中發生,由過去的地震與試驗研究,細長比大的同心 斜撐構架的消能能力有限。斜撐局部挫屈和整體挫屈直接影響其抗震性 能。不當的接合板設計或施工也會導致較差的抗震性能。(Kobe eq,

Northridge eq, Mexico EQ, AISC Tang and Goel, 1987; Hassan and Goel, 1991, Wallace and Krawinkler (1985)and Tang and Goel (1989).。由於耐震 設計所訂定的彈性強度設計標準則已經考慮結構系統在大地震發揮韌 性後的等值彈性強度需求,一旦載重標準決定,除藉由彈性分析與構件 設計確認結構的勁度與強度需求,還應考慮結構是否具有承受非線性變 形而仍穩定的能力。首要就必需充分了解材料加工前後的性質與限制,

進行系統規劃與細部設計時應同時考慮細長肢材發生挫屈的影響與焊 接瑕疵、幾何不連續等應力集中可能造成的拉力斷裂問題,才能適度發 揮鋼材的特性以符合對鋼結構耐震的期待,由於目前耐震規範仍以彈性 分析、設計為主,規範必須先定義各種系統的韌性容量以作為彈性設計 地震力計算的依據,而結構的非線性變形能力則隱藏於耐震條款檢核之 中,設計者對於系統韌性良窳的判斷主要來自規範所定義的系統韌性容 量 R,而非評估實際結構於大地震發生時的非線性變形需求與構件的變 形消能能力,依據內政部「建築物耐震設計規範及解說」之規定,符合 韌性設計的特殊抗彎矩構架與挫屈束制斜撐構架之 R 值均為 4.8,偏心 斜撐構架與特殊同心斜撐構架則分別為 4.2 與 3.6,而與抗彎矩構架共 同形成二元系統時則可分別提高至 4.8 與 4.2(2011 年修正前為 4.8)。雖 然具特殊抗彎矩構架與同心斜撐之二元構架系統具有稍低之韌性容量 而設計地震力有可能略高,但因其具有彈性勁度高、結構分析與構件設

計單純之優點,符合彈性設計所需的鋼骨量又比偏心斜撐低,而相關細 部設計與施工又不若挫屈束制斜撐系統之繁複,故仍為實務上主要使用 之結構系統之ㄧ。

由於接合處往往是載重最大的地方;且接合的幾何形狀變化較大、

存在較多施工瑕疵而有應力集中與韌性減損的現象,復因接合尺寸小於 構件尺寸而均勻變形能力較小,因此一般耐震設計的原則,均採用弱構 件、強接合的設計理念。因此符合規範的特殊同心斜撐系統受力進入非 彈性時,最先發生的極限模式為斜撐挫屈,雖然受拉斜撐與 SMRF 所提 供的側向強度、勁度與韌性仍可以透過良好的細部設計與系統配置以維 持系統的穩定,緩和受壓斜撐挫屈對整體構架耐震性能的影響。但載重 位移曲線仍存在頸縮(Pinching)的現象,韌性容量是否符合實際耐震需求 仍非設計者所能確認;建築空間的規劃也必須受到斜撐數量與方向配置 之限制;挫屈所伴隨的極大面外變形亦對建築裝修造成影響,使用者也 同時對建物產生不安全感。因此如何改善特殊同心斜撐構架的挫屈破壞 模式對於工程應用而言亟其重要,採用側向束制斜撐系統雖然可以解決 斜撐挫屈的問題,但束制斜撐所需的斷面尺寸大,接合細部較為繁複且 造價高,對於有些側向變位需求不高的斜撐構架系統而言,有必要提供 另ㄧ種兼具耐震性能與經濟性的系統。