國內外建築物耐震設計規範修訂沿革

在歐美地區地震工程的發展十分早，伴隨著地震學的研究，在 19 世紀末以及 20 世紀初，科學家對於地震的影響產生濃厚的興趣，在義大利、日本、美國(特別是加州 地區)猶為重視，這也是因為幾次大地震的發生所導致，如日本 1855 年安政江戸地震 (Edo Earthquake)、1891 年美濃尾張地震(Mino-Owar Earthquake)以及 1923 年關東大地 震(Kanto Earthquake)，美國 1906 年舊金山地震(San Francisco)，義大利 1908 年梅西納 地震(Messina Earthquake)等，由這些地震的震害調查經驗當中，發現到地震所產生的 水平慣性力對於結構的破壞具有相當程度的影響，因此產生了在設計建築時將地震力 考量進來的構想。

位於歐洲的地震工程學者最早於 19 世紀末開始建議以很小比例的自重當成水平 方向的地震力來設計，這個概念後來被廣泛的應用在20 世紀初期的耐震設計中。

1900 年，日本學者大森房吉提出震度法的概念，將地震作用簡化成等效之靜力並 取為重量的 0.1 倍作為水平地震橫力。義大利圖靈(Turin)大學應用力學教授 Panetti 則 於1924 年建議將第一層的設計水平力取為其上部重量的 1/10，而第二層與第三層的設 計水平力則取為其上部重量的 1/12，這是最早將水平地震力量化的耐震設計法。1923 年日本關東大地震後，1924 年日本都市建築規範首次增設的耐震設計規定，取地震係 數為0.1。

1927 年美國國際建築事務協會(International Council of Building Officials)提出 Uniform Building Code (UBC)第一版規範，首次引進地震力設計於附錄中，地震係數取 為7.5%~10%之建築總重，此時之設計地震力建議並未具強制力，直至 1933 年長灘地 震(Long Beach Earthquake)後，洛杉磯建築法(Los Angeles Building Code, LABC)參考 UBC 規定，為最早建築耐震設計的強制規定。以現在的耐震知識來看，採用地震力為 自重之一定比例之靜力法並沒有考量結構的動力效應並且認為結構在地震作用之下，

隨著地基作整體水平剛體移動其運動之加速度與地表加速度相同，由此所產生的水平 慣性力(即建築物重量與地震係數的乘積)係沿著高度方向均勻分布。若進一步考慮到 不同地區地震強度的差異性，則可在設計中按照不同震區採用不同的地表加速度。以

結構動力的觀點來看，地震作用之下結構各質點的地震反應加速度事實上並不會等於 地表加速度。

1937 年洛杉磯郡資助加州理工學院、史丹佛大學等單位進行建築物遭受地震破壞 的廣泛研究，發現對於不同樓高的建築物，依據法規規定所設計之地震力其提供的保 障並不相同，因此於1943 年的 LABC 規範中將樓高規定納入地震考量中。

1948 年 美 國 土 木 工 程 學 會 (ASCE) 以 及 北 加 州 結 構 工 程 同 業 公 會 (Structural Engineers Association of Northern California, SEAONC) 進 行 「 耐 震 設 計 」 EQ-RD(Earthquake-Resistant Design)研究，於 1952 年將結構物的振動週期 T 納入地震 係數C 的計算式中，此為 1932 年加州理工學院 Biot 提出反應譜概念，並於 1941 年成 功的利用扭擺振動類比分析儀從一個實測地震紀錄當中製作出全世界第一個地震反應 譜，得到無阻尼單自由度系統的地震最大反應加速度與基本振動週期間的關係後，首 次將此概念納入地震力計算式中，為結構物耐震設計演進的一大進步。1953 年 Housner 等學者則提出有阻尼的單自由度系統的反應譜。在電腦發明之後，Clough 提出考慮高 模態影響的計算方法並實際利用程式計算在高層建築中的地震反應。自此之後，反應 譜理論逐漸並廣泛地被各國耐震設計規範所接受，結構耐震設計理論與方法從此之後 便進入了反應譜之年代。

在進入反應譜之年代後，許多早期按照靜力係數法設計的短週期結構物，若按照 彈性反應譜理論其短週期加速度反應譜值比靜力係數法的地震係數均在一倍（最大為 2.5 倍）以上，照理來說應該會因地震力不足而無法承受強烈大地震的作用。然而；在 許多震害經驗當中，這些結構物卻往往能夠承受得住強烈地震的考驗，使得結構工程 師無法於理論上解釋之前設計的結構物為何能夠承受如此強烈的災害地震之侵襲。

為了解決由靜力法過渡到反應譜法所衍生的適用問題，因此；以美國UBC 規範為 例，藉由使用地震力折減係數R 的方式將反應譜法所得到的譜加速度值 S_a 折減至與 靜力法水平地震力相當的設計地震譜加速度S_aD，S_aD=S_a⁄R，其中地震力折減係數 R 的規定值對於韌性較差的結構取較小之值而對於韌性較佳的結構則可取較大之值。

雖然當初利用地震力折減係數加譜加速反應值折減的方式是經驗性的作法，然而人們 皆已經認知到應該依據結構韌性之不同來取不同的地震力折減係數，此即為考慮結構 耐震能力貢獻的最早形式。然而卻經歷了一個很長的歷程才認知到結構韌性之重要性。

在確定及研究地震力折減係數R 的過程當中，Housner 和 Newmark 分別從兩個不同角 度各自提出看法，Housner 認為考慮地震力折減係數 R 的因素有：每一次地震作用當

中可能包括若干次大小不等的較最大反應，較小的地震反應可能出現許多次，而較大 的地震反應則可能只出現一次，除此之外某些地震反應的尖峰值持續得時間可能很短，

震害經驗顯示這種脈衝式的地震所帶來的震害相對較輕。

1959 年加州結構工程同業公會(Structural Engineers Association of California, SEAOC)將組構係數 K 納入地震力計算，首次導入結構非線性行為的概念，承認不同 結構特性的建築其韌性以及消能能力亦有所不同，此亦為耐震設計演進的另一重大突 破。

1967 年 SEAOC 提出「小震不壞、中震可修、大震不倒」概念於規範中，此準則 亦被大多數學者及工程師所接受，廣泛地列於全世界耐震法規的基本精神中。1978 年 ATC 3-06 提出幾項新的概念如遠距地震對長週期結構的影響、阻尼及韌性對結構非線 性行為的影響以及耐震性能要求分類等。

美國UBC 規範基本上每 3 年改版，自 2000 年後美國建築規範由昔日的三大規範 (UBC、SBC、BOCA)合併為全國通行之單一規範 International Building Code(IBC)，而 首版之2000 年版 IBC 耐震設計部份即以 1997 年版 NEHRP 規範為基礎，並融合部分 1997 年版 UBC。最新 2012 年版 IBC 則以 ASCE 7-10 為依據，而 ASCE 7-10 訂定基礎 即為NEHRP2003 (FEMA 450)。

我國耐震設計相關規定始訂於民國63 年 2 月，條列於建築技術規則中，在此之前 並無明文規定，因此當時的結構設計可能沒有考量地震力，或參考美、日等國做法假 設基底剪力係數為0.1 來設計，此 63 年版之規範開始考慮地震危害度並引入結構系統 韌性與週期。民國71 年 6 月，以美國 UBC76 規範為藍本對地震力的規定架構做了一 些修訂，並提供較為完整之結構物週期計算公式。民國78 年 5 月考量墨西哥地震引致 之盆地效應影響，針對台北盆地之震力係數C 修訂，將反應譜平台段延長至 1.65 秒，

以反映地震時台北盆地特有的盆地效應。民國86 年 5 月則將耐震設計規範於建築技術 規則中獨立出來，此一版本在地震力的規定條文上採用Newmark 的非彈性反應譜所使 用的折減函數形式，使各項耐震設計參數都能盡量呈現或反映其物理意義，可說是做 了重大的改變。後因發生 921 集集地震，造成中部及台北地區重大傷亡，而於 88 年 12 月緊急修訂震區劃分，為全面提高耐震設計地震力，除北、高及外島地區外，所有 地區之震區係數皆以最大值0.33 訂之，並修改台北盆地設計反應譜，提高其平台段之 放大倍率至2.5。

921 大地震之後，內政部建築研究所協同國家地震工程研究中心、台大地震工程 研究中心以及中華民國地震工程學會等相關單位，以集集大地震後的調查結論為基礎，

配合中央氣象局量測之強地動觀測資料，並參考美國IBC2000 規範以及國內外之相關 研究成果，針對建築技術規則及耐震設計規範進行一系列之檢討與修訂，提出大幅改 版之建築物耐震設計規範及解說，於93 年 12 月公告，94 年 7 月 1 日施行，此版本之 修訂主要有：考量不同地震水準與設計目標、以工址設計水平譜加速度係數取代震區 係數Z 以及震力係數 C、設計地震微分區、新增近斷層因子、耐震工程品管、既有建 築物之耐震能力評估與耐震補強、隔震建築、含被動消能元件系統建築等，大幅增加 原有之耐震設計規範內容。

94 年版規範公告施行後，因較原 86(88)規範為複雜，且工程師在施行上也有些窒 礙難行處，因此後續進行如結構系統與韌性容量、地盤分類準則、週期上限係數 CU

值、台北盆地設計地震微分區、建築物間隔要求、隔震建築設計以及土壤液化潛能判 定之地表水平加速度等內容進行修訂，經內政部營建署於100 年 1 月公告，7 月施行，

即為目前建築物耐震設計規範現行之版本。