1.1 緣起與目的
自 1989 年 Loma Prieta 地震後，特別自 1992 年起，美國由聯邦危機災 害管理局(FEMA)贊助，經由如應用技術委員會(ATC)或各大學地震工程研 究中心等其他機構執行，針對既有建築物之防災、新建建築物之耐震設 計，引進耐震性能設計理念。1995 年 Vision 2000 [OES 1995]性能設計初步 架構提出之後，相關性能設計理念之架構、設計方法、評估方式等研究報 告[OES 1995、ATC-40 1996、FEMA-273 1997、 FEMA-356 2000、FEMA-350 2000、FEMA-368 2000、FEMA-450 2003、FEMA-440 2004 等]紛紛出爐，
近年來，眾多國家在新近頒布之設計規範與設計指針中也引進部分理念 [SEAOC 1999、IBC-2000 2000、IBC-2003 2003、JSCA 2000、AS/NZS 1170 2004、NBCC 2005]。為完善與落實耐震性能設計法於工程實務中，相關研 究仍在持續進行[ATC-58 2003、ATC-62 2006]。
因應技術發展及國際化之需求，特別在 1999 年集集大地震後，台灣也 著手推動建築物、橋梁以及港灣結構物等耐震性能設計法之研究，並期望 在最新建築物及橋梁耐震規範中引進性能設計法之理念。國內 2005 年 7 月公佈實施之建築物耐震設計規範也特別於強地動特性、微震區之劃分、
近斷層特性、地盤特性、機率法求取最大地表加速度 PGA 與反應譜之衰 減律、初步設計考慮多等級地震危害、非結構構材與設備、工程品管、隔 震與含被動消能系統之設計等方面進行研修，引進耐震性能設計部分理 念。至今，國內規範仍然強調強度與構材韌性設計細則，僅對中小地震下 之結構變位加以限制。
鑒於目前國內已有業主要求設計單位進行耐震性能設計，卻又無一規 範或設計指南可遵循，工程師們要進行耐震性能設計受到很大挑戰。為了 推動耐震性能設計法落實於國內建築物耐震設計，內政部建築研究所分別 於九十三與九十四年度贊助財團法人中興工程顧問社執行『建築物耐震性 能設計規範架構之研究』與『建築物耐震性能設計規範之研擬』之計畫。
九十三年度之研究內容對耐震性能設計法之基本理念以及國內、外主要研 究報告、設計規範、設計指南等參考文獻進行探討與綜理，研擬國內耐震 設計規範引進性能設計法之步驟，提出現階段耐震性能設計規範之架構。
九十四年度則探討現階段規範引進耐震性能設計理念需要研修之具體內
容、建議研修方式與內容、提出規範草案與解說、具體設計流程與步驟，
也進行研修前後設計水平橫力之比較，並以範例說明如何應用規範。
九十三年度研究顯示：國內建築物耐震設計規範引進耐震性能設計理 念需要分階段分步驟進行，考慮設計理念之過渡，當前可行之方式即為採 用基於力法之間接位移設計法，即以現行強度設計法進行初步設計，再檢 核耐震性能目標，直到滿足。九十四年度規範草案以此為原則進行研修，
研修主要內容為：1) 耐震設計目標增加透明度；2) 釐清設計目標中之輸 入地震與結構設計流程中所需設計地震力之關係與區別；3)增加建築物對 應各地震危害等級之層間變位角限制，以保護建築物於各等級地震作用下 之機能；4)考慮性能目標高低或建築物用途對工址可建性與結構系統規劃 之要求；5) 初步設計以耐震性能目標與標準為導向，不同用途建築物之不 同耐震性能目標並不單純以提高強度來確保；6) 增加耐震性能檢核部分，
明確規定需檢核之目標、標準，流程、內容，並提供分析方法與其選擇原 則；7) 考慮既有建築物與新建建築物耐震評估標準之差異性；8)規範附錄 提供其他設計方法供參考。
全球地震工程領域專家學者一致認為：耐震性能設計法為未來建築物 規範必須遵循之方向，而位移是表達建築物耐震性能的重要指標之一 [13WCEE 2004]，顯示耐震設計由強調強度到考慮韌性，再到考慮位移之 發展過程。亦即：耐震性能設計法同時兼顧結構之損壞程度與建築物之機 能，除了考慮結構之強度與韌性以外，強調結構之非線性變形行為，藉由 增加對結構變形限制來保護建築物之機能。既有研究顯示最大層間變位角 與建築物之使用機能、非結構構件損壞程度、甚至結構破壞程度、P-Delta 效應等相關。所以，耐震性能設計法特別強調限制不同等級地震下之最大 層間變位角。近年來，發展直接以位移標準為目標導向設計之方法甚為流 行[Fajfar and Krawinkler 1997、 SEAOC 1999、Chopra 2001、Fajfar 2000、
Priestley and Kowalsky 2000、Xue 2001、Aschheim 2002、Bozorgnia and Bertero 2004、薛強與吳嘉偉 2004]，但尚未成熟。考量耐震性能設計理念 之落實也需要一過渡階段，九十四年度『建築物耐震性能設計規範之研擬』
於規範草案中採用強度設計法初步設計搭配檢核與勁度相關之位移標 準，而直接以位移標準為目標導向之直接位移設計法之各種做法僅簡要總 結於規範附錄 B，供工程界參考，尚未以案例進行探討，無法了解何種情 形下以哪一種方式進行初步設計較為有效；與所研擬之耐震性能設計規範 之強度法初步設計會有什麼樣的差異；基於九十四年度耐震性能設計規範 草案所提供之設計反應譜與位移標準，應用直接位移設計法是否會導致不
合理之設計結果。本研究將以案例探討上述問題，除了確認規範附錄所提 直接位移法設計流程之可行性，對不適處加以修正以外，也了解不同方 法、不同參數對設計結果造成之差異性，探討直接位移設計法搭配相關參 數之合理性與適用性，並建議最適參數，以使耐震性能設計規範草案更臻 合理、完善。本研究之成果可作為未來相關研究與工程界日後應用之參考。
1.2 研究方法及進行步驟
本研究結合本土地震特性，探討 Kowalsky et al. [1994]、Priestley et al.
[1996]、Priestley and Calvi [1997]、Court and Kowalsky [1998]、SEAOC [1999]、Priestley and Kowalsky [2000]等替代結構 DBD/EBD 直接位移設計 法流程之可行性與適用性。也探討 Fajfar [1999]、 Chopra[2001]基於容量 震譜法耐震性能評估逆過程[Chopra, A. K., and Goel, R. K., 1999]之直接位 移設計法，本研究稱為容量震譜法，包括所謂降伏點需求譜法[Aschheim 2002]以及泛用型直接位移設計法[Xue 2001]。這些方法曾被引用於國內研 究[張國鎮等 2001、薛強 2002、蔡克銓等 2003、廖文義、羅俊雄與邱世彬 2003、薛強與吳嘉偉 2004、宋裕祺與蔡益超 2004]，但尚未有研究探討不 同參數搭配不同方法之可行性與適用性。
替代結構 DBD 法與容量震譜法之誤差主要來自於等效彈性反應譜與 非彈性反應譜之差異性，包括基於有效阻尼比與韌性比之折減幅度不同、
長週期非彈性位移之折減與等位移原理之差異等。無論採用何種方法，設 計結果均受到許多因素影響，包括性能標準(參數 I)、位移標準轉換為等效 單自由度目標位移之方法(參數 J)、假設之目標韌性或降伏位移(參數 K)、
有效阻尼比計算方法(參數 L-僅適應於替代結構法)、反應譜折減係數(參數 M)以及有效質量(參數 N)。例如國家地震中心[鄧崇任等 2004]之研究建議 方法以類似 SEAOC[1999]之位移標準與韌性標準、目標位移以及有效質量 計算方式，採用非彈性反應譜折減係數，也是本研究所探討參數組合之情 形之一，惟該文獻所用反應譜加速度係數，特別是中小地震對應設計反應 譜加速度係數來源不明確，但本研究所用反應譜基於九十四年度耐震性能 設計規範草案，除了排除因考慮初步設計而設定之下限，還原反應譜真實 型態以外，基本上與現行耐震設計規範一致。Fib[2003]雖以個案對這些方 法是否可行以及是否易用作了結論，但案例中尚未呈現每一步驟計算結 果，也未探討不同參數對計算結果之影響、不同方法之間的差異性，也未 能建議較適合的參數。
所以，本研究以工程實務應用為目的，以盡量應用現行構材設計規範、
避免於初步設計流程中反覆採用非線性分析為原則，依據國內現行鋼構造 建築物鋼結構設計技術規範以及結構混凝土設計規範，應用工程界常用的 分析軟體 ETABS(第 8.4.8 版)進行結構分析與設計，以範例檢討九十四年 度研擬之『建築物耐震性能設計規範草案』[薛強等 2005]附錄 B 所總結之 直接位移設計法初步設計指針之適用性與合理性。除了對附錄 B 之內容作 必要修訂或補充說明以外，特別強調直接位移設計法流程中假設降伏位移 與依據容許韌性比求取強度與勁度需求之實質區別，並確定耐震性能設計 規範草案應用直接位移設計法之程序。最後，以案例呈現設計流程、探討 各參數影響強度與勁度需求之敏感度、比較各方法計算結果、計算複雜度 之差異、建議可行與最適合之參數與流程；並與強度設計法進行比較，供 工程界參考。
本研究除了要求研究團隊對直接位移設計法有廣泛與較深入的了解以 外，文獻綜理、應用軟體、案例分析能力均很重要。本研究中，分享本研 究團隊過去之經驗，再結合國際新近發表之相關文獻，提出可以應用於工 程實務之設計流程，並結合國內之地震特性，檢討設計流程與參數之合理 性與適用性。所有研究成果經由與國內相關領域之專家顧問討論以及綜合 本案審查委員意見修改後，再提送期末成果。
具體研究步驟如圖 1-1所示。
圖1-1 研究步驟
1.3 研究範圍與報告內容
本研究主要以九十四年度『建築物耐震性能設計規範之研擬⎯子計畫 二：案例研究』[薛強等 2005b]之範例(表 1-1)，探討建築物耐震性能設計 規範草案附錄 B 之直接位移設計法之適用性與合理性。不含高層( ) 且不規則的建築結構物。除了本章對本研究之緣起、目的、研究方法與步 驟、研究範圍與報告內容以及預期之貢獻做說明以外，第二章介紹耐震性 能設計法應用直接位移設計法之程序、直接位移設計法各方法以及影響參
本研究主要以九十四年度『建築物耐震性能設計規範之研擬⎯子計畫 二：案例研究』[薛強等 2005b]之範例(表 1-1)，探討建築物耐震性能設計 規範草案附錄 B 之直接位移設計法之適用性與合理性。不含高層( ) 且不規則的建築結構物。除了本章對本研究之緣起、目的、研究方法與步 驟、研究範圍與報告內容以及預期之貢獻做說明以外，第二章介紹耐震性 能設計法應用直接位移設計法之程序、直接位移設計法各方法以及影響參