第一章 被動消能結構系統設計流程與品管機制
第三節 品管作業綱要
本部份主要參考美國FEMA273 及 274、日本免震構造協会「
制振構造設計∙施工」、日本實務界有關減震消能建物設計 品管檢查要點、我國建築物耐震規範及解說之修訂中含被動消能系統建 築物之設計等，擬定減震消能建築結構設計品管作業手冊。擬定品管作 業手冊綱要如后：
減震消能建築結構設計品管作業手冊綱要
3.1 通則
所有設置有消能元件之建築物之設計審查除須符合耐震結構一般 設計規定之外，尚須符合建築物耐震規範及解說之修訂中含被動消能系 統建築物之設計之規定。
3.2 標準
本品管作業手冊之檢查標準為：
1.建築物耐震規範及解說 2.混凝土工程設計規範與解說
3.鋼結構容許應力設計法規範及解說 4.鋼結構極限設計法規範及解說
5.鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範及解說
6.建築技術規則建築構造編－基礎構造設計規範
7.FEMA: NEHRP Recommended Provisions for Seismic Regulations for New Buildings, Report No. FEMA273, FEMA274
8.日本免震構造協会「制振構造設計∙施工」
3.3 檢查項目
(1)建築概況
A.基地位置及週遭地貌、道路描述
B.建築規模、各層用途、內外牆系統描述 C.電梯、樓梯、管道間及停車系統描述 (2)基地調查
A.鑽孔數、分佈及深度 B.地下水位觀測
C.取樣及試驗方式
D.各項目數量與頻率依基礎設計規範之規定 (3)結構系統
A.結構系統之選擇是否合適 B.規則性與不規則性結構之判斷
C.基礎型式、平面承載系統、與地盤承載力 D.消能元件的配置
(4)設計依據
A.設計規範之使用 (5)減震消能元件
A.消能元件的種類
B.消能元件設計考慮因素
y 地震力造成之低循環數、大變形能力衰減
y 風力、溫度效應及其它反覆載重所造成之高循環數、變形能力 衰減
y 重力造成之力及位移
y 侵蝕或因為濕氣或化學暴露造成消能元件部分的黏著
y 暴露於環境因素包括溫度、人為、濕氣、輻射、反應、侵蝕等
y 因低循環數疲勞而破壞的消能元件必須抵抗風力而不滑動、移 動或是非彈性循環
y 溫度條件、消能元件外殼、製造誤差及其它造成消能元件在使 用期限內改變的因素
C.消能元件周邊構架 D.消能元件之接合或束制 (6)垂直載重
A.靜載重
y 每一平方公尺樓地版平均靜載重數值
y 靜載重項目 B.活載重
y 各種用途之樓版活載重
y 屋頂所用活載重與一樓開放空間活載重值
y 活動隔間之重量
y 活載重之折減率計算 (7)地震力
A.靜力分析：
建物是否僅採用靜力分析
y 消能元件提供之最大層剪力是否不大於構架層剪力之50%
y 最小設計水平總橫力計算方式，設計反應譜與重量之選用
y 地盤之分類判斷及反應譜工址放大係數Fa 及 Fv
y 建築物基本振動週期之計算
y 含消能元件建築物基本等效週期之計算
y 含消能元件建築物等效阻尼比
y 用途係數、結構系統韌性容量、起始降伏地震力放大倍數之選用
y 消能元件最小設計總橫力
y 豎向分配及屋頂外加總橫力
y 結構物之偏心扭矩
y 垂直地震力
y 地下室與基礎設計地震力 B.反應譜分析：
y 加速度反應譜係數
y 阻尼修正係數BS 與 B1 的計算
y 反應譜分析之總橫力
y 考慮之振態數目的有效質量和
y 含消能元件建築物等效阻尼比之計算
y 含消能元件建築物反應譜分析之最小設計總橫力
y 建築物不規則時，地震輸入的方向
y 使用之振態疊加方法
y 動態扭矩 C.動力歷時分析：
y 模擬之地震紀錄方法
y 線性歷時分析之調整係數
y 線性歷時分析之等效之阻尼比
y 構材非線性分析模型
y 各樓層與構材之韌性需求檢核
y 線性歷時分析模型(消能元件為非線性，結構物為線性)
y 非線性歷時分析模型(消能元件及結構物皆為非線性) (8)結構分析模式
A.地上結構
y 結構物分析模型之幾何尺寸
y 分析程式
y 結構物分析模型
y 樓板之模擬
y 各構材之強度與勁度模擬
y 接頭之模擬
y 消能元件及其接合構材的模擬
y 主要構材與次要(非結構)構材
y 樓層重量與質心位置
y 屋突層重量與幾何形狀模擬
y 地上層之基面 B.地下結構與基礎
y 地下結構幾何尺寸與重量模擬
y 基礎構材之強度與勁度
y 土壤彈簧之位置與勁度
y 牆體位置之模擬
y 地下設計水平地震力計算 (9)弱層檢核
A.計算極限層剪力強度的方法
B.牆量比檢核，牆之有效斷面積計算 C.層剪力比值
D.含消能元件的貢獻 (10)軟層檢核 (剛性率檢核)
A.非結構牆貢獻 B.構材強度計算
C.檢核結果
D.含消能元件的貢獻
(11)層間相對側向位移與建築物之間隔
A.檢核層間變位角之地震力及層間變位角 B.鄰棟間距
(12)非結構牆之影響 A.非結構牆配置
B.不均勻及不對稱非結構牆之相關處理 (13)構材設計與韌性設計
A.設計方法
B.設計程式及驗證範例 C.載重組合
D.版構材
y 版配筋及撓度
y 樓版剪力傳遞 E.梁構材
y RC 梁之剪力箍筋韌性設計
y 梁之頂層與底層主筋配置
y RC 梁或 SRC 梁之鋼筋配置
y 鋼梁之無側撐長度及其挫屈危險性 F.柱構材
y 短柱之剪力筋
y RC 柱或 SRC 柱之鋼筋配置
y 鋼柱之局部挫屈危險性
y 鋼柱之續接處處理 G.柱之長細效應檢討
y 細長柱之P-∆效應
y 側移構架或無側移構架之判斷
y 彎矩放大倍率
H.剪力牆及端構材
y 剪力筋配置與錨定
y 端構材分析與設計
y 牆體需承受面內彎矩時之垂直筋配置 I.梁柱接頭
y RC 梁柱接頭檢核
y 鋼骨梁柱接頭等設計
y 強柱弱梁檢核方式 J.與消能元件接合構材檢討
接合構材的檢討，可依據圖 1-3 減震消能構架的形式決定檢 討的項目，檢討項目如下：
y 直接接合型：梁構材及梁柱接頭檢討
y 間接接合型：梁及柱構材檢討
y 其它型：梁、柱及梁柱接頭檢討 (14)基礎設計
A.基樁承載力分析
B.筏基版之鋼筋施工合理性
C.樁帽及樁本身抗剪、抗彎之分析 D.彈性地梁分析方式與設計
(15)開挖及檔土措施設計 A.分析程式
B.結構分析模式
C.各開挖階段側壁之內力計算及開挖順序 D.連續壁貫入深度計算
E.開挖之塑性隆起穩定性檢核 F.砂湧安全性之檢核
G.上舉破壞之安全性檢核 H.監測系統與計劃
I.鄰房保護措施
3.4 減震消能結構設計品管檢查
本節除了耐震建築結構設計品管作業手冊綱要之檢查項目(詳本研 究案耐震部分)外，另須額外考慮消能元件設計品管檢查，此一部分主 要是參考日本實務界一般的設計檢查要點，表 1-1~表 1~4 為 Unbond Brace、摩擦型消能元件、油壓消能元件、粘性消能元件等檢查範例，
而表1-5則為各種不同消能元件之復原力特性。
開 始
設計性能目標設定
減震消能結構系統計畫 減震消能元件之種類選定 減震消能元件之配置計畫 減震消能元件數量設定
地震紀錄及強震強度之決定
主體結構斷面及消能元件種類 、配 置、數量檢討
建立結構分析模型
減震消能結構系統靜力分析
減震消能結構系統動力分析
設計性能目標是否達成
是
設計定案 否
圖1-2 我國實務界一般減震消能結構物之設計流程圖
圖1-3 減震消能構架的形式
Outrigger 型 斜撐型 SL 型
接合處型
其他直接結合型間接結合型
方杖型
表1-1 Unbond Brace (範例)
機構 能量吸收機構
類型 變位相依性
裝置 鋼材彈塑性消能元件
名稱（品名） Unbond-Brance
概要與優點 •軸向降伏型消能元件（詳圖1-4），以鋼筋混凝土加強挫屈束制（低 降伏點鋼板：BT-LYP100，BT-LYP235）。
•BA 級耐震評審合格。
材料 •低降伏點鋼條（BT-LYP100，BT-LYP235）
•其他鐵架：SN400B 等之普通鋼條
•混凝土：Fc=21N/mm2
力學特性 •下列為 100N/ mm2級之性質。（）內為235N/ mm2
•降伏點：80~120（205~245）N/ mm2
•抗拉強度：200~300（300~400）N/ mm2
•伸長率：50（40）%以上
形狀與尺寸 為建築中心一般評定範圍內。（）內為個別認定之最大尺寸。
•長度：依鋼管強度而定。實際最大值為 22m。
•構材：鋼板厚度 PL-9~40（40）mm、寬幅 50~450（700）mm
•鋼管：鋼板厚度 PL-3.2~16（22）mm、寬幅 100~500（750）mm
•厚寬比例：圓形鋼管 D/t≦67、方形鋼管 B/t≦55
•彈性強度：sKb=EAg
•降伏耐力：Nbyl=σyAg（σy=100N/mm2（LTP100），225N/mm2
（LYP100））
•最大耐力：sNbyU=σmaxA（σg max=200）N/mm（LTP100）2 ，無（LTP100）
•第 2 斜率：α=0.20
變形 層間變形角R=1/20
循環次數 140 次（R=1/75 時）
能量吸收量 依賴支承之豎向截面積
累積豎向之反稱性 約500%（R=1/75 時）
極 限 臨 界 值
疲勞界限 詳圖1-4
維 護 管 理
檢查計劃 基本上不需維修
如遇大型地震發生則於檢查建築物時一併進行臨時維修。
同時可另購累積變形記憶裝置、最大變形記憶裝置（另購配件）
文 獻
設計評價之公正性 「全尺寸未接合型支承之疲勞性能（之一）（之二）」日本建築學會 大會學術演講概要集 1999 年 9 月
實 績
完成建築物（評價、評定） 高層建築物（60m 以上）：約 10 件（已評定）
已取得日本建築中心之一般評定（1999 年 9 月）
概要圖
未接合型
遲滯迴圏 特性
復原力特性 疲勞曲線
配置圖 無粘著支承 混凝土
披覆脫層材料
鋼板
鋼管 鋼管
受壓 拉力 變形
應力
砂漿
軸力/降伏軸力比
地震能量吸收量
⊿ε（%）
層間變形 1/100（應變
±0.75）
核心鋼板之截面型狀
Nf（cycles）
表1-2 摩擦型消能元件(範例)
20tf，30tf，40tf 之阻尼器。
•圖為 30tf 之摩擦阻尼器以 0.5cm/sec 速度、±30mm 振幅加 震測試之單體性能結果。依形狀記錄顯示呈完全彈塑性，
且其特性為摩擦荷載±30tf，彈性強度 630tf/cm。
•茲將阻尼器單體之分析範例作成豎向彈簧模式，並定義完
表 摩擦阻尼器之元件材質
構 成 元
件 材質 性質（JIS 規格）
鋼棒 燐青銅 JIS H 3270 CG191B-H
塑模 合金工具鋼
材 JIS G 4404 5KD11 內外筒 一般結構
構用碳鋼管
JIS G 3444 STK400
內筒 拉桿 外筒
（v=0.5cm/sec，A=30mm）
圖1-5 摩擦型消能元件
表1-3 油壓消能元件(範例)
最大衝擊 160mm（±80mm）
基
日本建築學會大會學術演講概要集1989.9、1999.9 實
耐震補強建築物 ：4 棟 KN/Kine
第二衰減 KN/Kine
阻尼器 強度 KN/Kine 60KN 15 1 177
表1-4 黏性消能元件(範例)
•油缸：AISI4340（MIL-HDBK-5 與 AMS5659）
•活塞型號：17-4PH 不鏽鋼（MIL-HDBK-5 與 AMS5659）
外形與尺寸 •型 1：阻尼器兩面設置球型軸承。
F：衰減力（tf） C：衰減係數（tf-sec/cm） V：速度（cm/sec）
型B：非線性類型