國內性能設計法之將來研究方向

本節就針對性能設計法上可能遭遇到之困難及須要進行研究就性 能水準及損壞評估方面、地震地表運動方面及設計與評估過程方面三方 面提出看法以供參考:

7.1.1 性能水準及損壞評估方面

建立性能水準及將其量化描述: 性能水準的建立並不能僅以工程上之 觀點來考量，而是須要考慮社會對意外災害損失之容許度、建物總成 本、民眾意願及實務設計者接受度等各方面之因素，此項目雖然包括社 會經濟等因素在，但定義各性能水準相關之限定狀態則屬於工程上所應 進行的事項。所以要如何去定義及量化不同地震水準下結構整體及構材 之性能水準為施行性能設計前之重要研究工作。

損壞狀態之量化(工程)描述: 雖然現在已經存在有所多之損壞評估模 型，但並未有任何適當之模型可以適用於性能設計上之需求；大部份之 損壞評估模型使用相同之參數來描述高性能水準(如可運作階段)及低性 能水準(如生命安全階段)時之情形，此並非合適之作法。且大部份之損 壞評估模型著重於桿件本身之損壞評估，雖然有些損壞指標來表示結構 損壞情形，但仍缺乏適當的量化數值可以在工程上實用。

損壞狀態與修復成本之關係: 並未有任何適當之量化模型來表示損壞 狀態與修復成本之關係，尤其在低性能水準階段。在日本之性能設計的 發展上，除了人命安全之安全性能水準的考量外，雖然也將經濟上之考 量納入考慮，使設定之性能目標為成本最少之最小成本原則，但其也只 是著重於概括性、高性能水準階段及結構物本身方面的考量，並未有任 何量化模型及非結構物損失成本的估算。另由於損壞狀態與修復成本之 關係為根據建物型態、國家經濟、人力成本等不同而有所不同，所以在 此方面，並無法引用美日所研究的成果，而是要依據台灣本身的情形去 發展出相關的分析模式。

商業或生產中斷的損失: 對生產高價值產品之廠房或公司，商業或生產 中斷的損失雖然為很難進行評估但確為性能設計中重要的事項。

7.1.2 地震地表運動方面

危害度分析: 進行震度衰減律分析、地震危害度分析及反應譜分析，提 供不同回歸期之震度分區圖，建立國內本土化各個層級之設計地震水 準。在圖 4.1 與圖 5.3 中雖已經提供台灣地區之兩個週期（T=0.3 秒及 T=1.0 秒）完整的 Sa 震度分區圖及最大譜位移 Sd 的初步結果分區圖。

但對於台灣西部地區之活斷層，尤其是車籠埔斷層，必須以特徵地震的 方式在地震危害度分析中加以考慮，在以往的分析中因活斷層之活動性 等參數資料缺乏，而無法對之作適當考慮。在集集地震之後這一類活斷 層之活動性有較為可靠之調查，因此必須發展相關危害度分析模式，將

特徵地震對危害度分析之影響加入。

近斷層效應: 對於近斷層地震之地表運動特性及結構物承受近斷層地 震時之反應特性都須要進一步加以研究，尤其台灣在 921 地震後收集到 相當多之近斷層地震記錄，所以針對此方面之研究有其迫切性與需要 性。

地盤效應: 現在所謂考慮地盤效應僅僅是以一個簡單的放大因子來將 設計地震力或反應譜加以放大，並未能夠明確的反應出真實的土壤結構 互制行為；由於地盤放大效應與結構物本身之非線性行為有關，所以土 壤結構互制效應之影響可能相當之顯著。

地震加載延時: 地震加載時間的長短與累積損壞有相當之關聯性，但傳 統設計上似乎較著重於地震載重之大小而忽略地震加載延時的效應，所 以地震載重大小與延時之關係還待建立。

設計反應譜: 傳統之力法與容量震譜法，其僅須要不同阻尼比之加速度 反應譜即可進行分析，但設計方法如位移設計法與能量設計則須要有相 對應之位移反應譜與速度反應譜，因此如何建立多數設計方法所需之設 計反應譜的分析仍為必須之工作。配合所定義之耐震需求及其分析方 法，除了進行彈性反應譜分析，也需完成非彈性反應譜分析，並比較分 析其關連性，以建立某一工程參數（例如等效阻尼比）與韌性及遲滯能 間之關聯。

7.1.3 設計與評估過程方面

構材非彈性之行為: 雖然在此方面已經有相當多之研究成果可以參 考，但對於構材行為之試驗與理論分析結果之整合仍是須要持續進行 的，即研究之成果必須要能使用於實際情況上。

結構物容量: 對於在不同性能水準下，控制結構物容量之參數(強度、變

形或能量)須要進一步釐清，因為在高性能水準時，強度與變形可能為 判斷損壞之指標；但在低性能水準時，則結構物耗散的能量與累積變形 可能為判斷損壞之較佳的指標。對於結構物變形能力之預測，現還無法 像預估強度一樣可以準確的進行預測，所以還須要有更多的試驗進行，

尤其是在細部設計之不同對變形能力之影響方面，另也極須要有對應之 理論分析模型的建立。

非結構物構材之行為: 對於非結構構材於大部份之情形下仍只有定性 之描述，但性能設計須將構材之損壞與加速度或位移定量的描述，所以 對於非結構構材須依其為加速度敏感或位移敏感進行基本之分類及損 壞評估標準，使於性能分析中可以定量的描述此類構材之行為。

評估方法: 結構物之耐震性能的評估為基於機率危害度分析、構材之受 震反應及土壤結構互制等方面結合所得，在現階段而言，不論在地震需 求、耐震容量方面或耐震性能的評估都還無法非常準確的預測；對於耐 震性能的評估方法，非線性動力分析為一極好之方法，但仍受限於對材 料遲滯行為的了解不夠與地震記錄選取上的困擾；在靜力非線性分析 中，以 ATC-40 中所提出的震譜容量法及位移需求譜分析最為大家所熟 悉，ATC-40 方法中一個關鍵點為在於如何利用結構物的韌性來將彈性 反應譜進行折減成需求反應譜，在 ATC40 中為直接採用整個結構側推 分析後之等效單自由度系統的遲滯能轉換為等效阻尼，在日本 2000 年 設計規範中為採用先將各別桿件的韌性轉換為等效阻尼，再利用應變能 為加權平均後得到整體結構之等效阻尼值，而 Chopra 等(2000)所提出的 方式則為直接採用韌性與非彈性反應譜的關係來進行；到底何種方式所 得結構較為合適，還無很明確的定論。但此些靜力分析方式中對於如強 震延時、高振態效應、土壤結構互制、強度與勁度之衰減效應等方面的 考慮還並不是相當的完整。所以對於結構物之耐震性能的評估還有相當 多的發展空間，以下各點為一合理耐震評估方法所應包含的項目:

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包括土壤結構互制效應之三維分析模型

分析模型須能反應出結構平面與立面之強度與勁度的不規則性

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分析模型須要能進行非結構構材或系統之模擬與分析 結構構材模型須與試驗結果或實際震害的情形相符合 地表破壞如液化等之模擬

分析過程中須要能考慮到地震及結構之不確定性

先進結構系統: 對於主動控制、被動消能、隔震系統或混合控制系統之 應用須要有進一步之研究。

7.2 小 結

前面一節中，已經說明過現今在性能設計法上還須要進行之研究與 可能遭遇到之困難處，性能設計法還有許多技術面及經濟面上的困難無 法克服及待改進，所以若要依照美國或日本之性能設計法的觀念應用於 台灣本土上，不僅無法在技術上給定一合理之規則，也難以被設計實務 者所接受。所以較可行的方式是依照日本 2000 年建築設計規範之作法，

將性能設計之初步概念融入現存之設計規範中，而非以性能設計來取代 現在的條例式設計規範；事實上，台灣現行之耐震設計規範也已經隱含 有性能設計的觀念在，例如耐震設計規範中所規定之最小設計地震力與 層間變位角限制，其用意即在確保小地震下結構物可以保持於彈性範圍 內而無損壞；而採用容許韌性為韌性容量的一半，其用意即在大地震下 確保人命安全及建物不發生倒塌；只是規範中此些規定為概括性的規 定，即其為適用於所有之結構物，並不各別考慮結構物之反應特性，所 以只能說其具有性能設計的觀念但不具實質之性能設計程序。所以如何 針對將來國內性能設計法就性能目標、設計方法及性能評估三方面進行 相關研究為推行性能設計法前之重要準備工作。

本章就國內目前在性能設計法發展上可能遭遇到之困難及還須要 持續進行的研究提出看法，並對將來國內性能設計法之可能架構與走向 提出建議。雖然性能設計法還有在工程技術、建物總成本、民眾意願及 實務設計者接受度等各方面之待克服處，但其持續發展將推動發展新的 建築結構技術、結構設計技術、新材料及新的結構系統及提供成本性能

之概念。因此，新的設計方法與性能評估方法將會被不斷創新及發展。

並使得設計方法更有彈性，不再拘限於傳統之設計方法，所以結構設計

並使得設計方法更有彈性，不再拘限於傳統之設計方法，所以結構設計