第二章 研修重點
2.1 建立不同用途建築物之耐震性能目標
2.1.1 國內既有耐震性能設計目標之探討
建築物之耐震性能目標包含所考量之地震等級下預期結構之耐震性能 等級。耐震性能目標之建立關係到第一章耐震設計基本原則之表述與解 說。耐震性能設計法之理念中特別強調耐震設計目標之透明度，所以，耐 震設計基本原則之解說應使得設計者能夠確實了解不同重要度結構在不 同考量地震力作用下應該具有之耐震性能等級。
88年版耐震設計規範[內政部營建署建築研究所編輯委員 1999]之耐震 設計基本原則與該規範之內容非常吻合，強調結構在大地震作用下之韌性 需求不超過容許韌性，該容許韌性以發揮結構韌性容量之一半為原則。解 說中特別說明「此處所謂大地震，對一般建築物而言，為回歸期 475 年之
物之設計是考慮在不同回歸期(不同等級地震)之大地震下確保相同之容許 韌性，即具有相同之耐震性能等級，完全符合耐震性能設計有關建築物重 要性與設計目標高低之關係，但解說中沒有具體文字明確說明該耐震設計 目標，也無法讓設計者了解對應重要建築物之更長回歸期之大地震有多 大，而相關條文中，設計地震力以用途係數來調整不同用途建築物所考量 之不同等級地震，所以，耐震設計目標缺乏耐震性能設計所強調的透明度。
94年版規範[內政部營建署建築研究所編輯委員會 2005]中，同樣強調 結構在大地震作用下之韌性需求不超過容許韌性，但新增加考慮最大考量 地震下結構韌性容量用盡之極限破壞狀態。解說中首次以「本規範考量的 三種地震水準與耐震設計目標為：」明確納入「地震水準」與「耐震設計 目標」文字，但解說中，沒有對相關概念作解釋，最關鍵的是：對「中小 度地震」、「設計地震」、「最大考量地震」之解說基本針對一般建築物，
惟相關「設計地震」之解說中，比照 88 年版規範，說明「對重要建築物 而言，其對應的回歸期更長」，讀者可能誤解為：對重要建築物而言，中 小度地震與最大考量地震也如同一般建築物，分別是約 30 年與 2500 年回 歸期，不符合耐震性能設計有關建築物重要性與設計目標高低之關係。同 樣，無法讓設計者了解對應重要建築物之更長回歸期之中小度地震、設計 地震、最大考量地震分別有多大，條文中也仍以用途係數來調整不同重要 度建築物所考量之不同等級地震，所以，耐震設計目標仍然缺乏耐震性能 設計所強調的透明度。
所以，要明確建立不同用途建築物之耐震設計性能目標，首先需要根 據地震危害分析結果(94 年版規範或如圖 2-1)，以耐震性能設計理念來重 新詮釋 88 年版與 94 年版規範，詮釋內容詳如表 2-1與表 2-2所示。圖 2-1 僅針對某區域舉例說明，目前尚未獲得全台灣平均值。對應表 2-2之性能 目標可大致由圖 2-2表示。
表 2-1顯示，規範所取用設計地震力比地震危害分析結果稍為保守，
尚屬合理。耐震設計性能目標由地震等級與性能等級搭配而得，越重要之 建築物，耐震設計性能目標越高，可以經由保持相同地震等級下越高之性 能等級達到；或經由越高地震等級下保持同樣之性能等級達到，表 2-1與 表 2-2採用後者。對於重要度高之建築物，表 2-1所考量之相同性能等級
LS 與表 2-2之 CP 所對應之地震等級均相當高，甚至達數萬年回歸期。國 內地震危害分析 475 年回歸期之地震對應全台幾乎均已達震度 5~6 級(圖 2-3中已達 6 級)，2500 年回歸期之地震對應全台幾乎均已達震度 6~7 級(圖 2-4中已超過 7 級)，數萬年回歸期之地震有多強，似乎難以讓公眾了解。
所以，要增加耐震性能目標之透明度，以公眾熟悉之震度所對應之地震等 級下建築物之性能等級來表達較為直接。有鑑於目前中央氣象局頒布之震 度最高為 7 級(表 2-3)，國內地震危害分析 2500 年回歸期之地震對應全台 幾乎均已達震度 6~7 級，所以，以 2500 年回歸期作為性能設計目標所考 量之最大考量地震為適宜，此 2500 年回歸期地震不僅對於一般建築物為 最大考量地震，對於第一、二、三類建築物亦如此，但對應後者之性能等 級需相應地調整，例如：對於數十萬年回歸期下重要結構 CP 目標，可以 由 2500 年回歸期下結構 LS 取代，經由性能等級量化參數之選取，可以得 到相當之設計地震力，且性能設計目標較易了解。
圖2-1 不同超越機率與 475 年之 PGA 及短週期譜加速度之比例
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Intensity Ratio , / F(RP=500)
1E-5 1E-4 1E-3 1E-2 1E-1 1E+0
Probability of Exceedance
Sas PGA
2 3 4 56 78 9
2 3 4 56 78 9
2 3 4 56 78 9
2 3 4 56 78 9
2 3 4 5 67 89
1
10
100
1000
10000
100000
Return Period, Yr
[資料來源：羅俊雄與簡文郁 2005]
表2-1 88 年版規範不同用途建築物之耐震設計目標之詮釋 示約 10000~20000 年回歸期之地震。
備註 1.z為規範震區水平加速度係數
示約 2000~2500 年回
圖2-2 表 2-2之耐震設計性能目標
圖2-3 迴歸期 475 年地震對應之 PGA 危害度等高線圖
OP LS NC
475
2500
約30 50 100
約 20000
約 100000
0 39
0 28
0 36
0 37
0 28
0 39
0 51
0 35 0 27
0 30
0 31
0 35
119.0 119.5 120.0 120.5 121.0 121.5 122.0 122.5 123.0 21.0
21.5 22.0 22.5 23.0 23.5 24.0 24.5 25.0 25.5 26.0
[資料來源：羅俊雄、黃詠瑞 2002]
圖2-4 迴歸期 2500 年地震對應之 PGA 危害度等高線圖
0.53
0.42
0.49
0.51
0.40
0.53
0.63
0.47 0.40
0.44
0.45
0.49
119.00 119.50 120.00 120.50 121.00 121.50 122.00 122.50 123.00 21.00
21.50 22.00 22.50 23.00 23.50 24.00 24.50 25.00 25.50 26.00
[資料來源：羅俊雄、黃詠瑞 2002]
表2-3 交通部中央氣象局地震震度分級表
(資料來源：中央氣象局，八十九年八月一日公告修訂)
2.1.2
國外規範相關耐震設計性能目標之內容根據上節探討，參考九十三年度「耐震性能設計規範架構之研究」對 美國、日本、紐西蘭等國相關耐震設計性能目標之內容來訂定，此處僅以 國外規範內容為主，其他研究報告之內容可參見[蕭江碧等 2004]。參考文 獻內容簡述如下。
2.1.2.1 美國(IBC2000/2003、FEMA450) 建築物用途分類：
IBC2000、2003 以及 FEMA450(下一版 IBC 訂定依據)有關耐震設計用 途分類如表 2-4所示，詳細內容參見第2.1.3節。
表2-4 IBC2000 耐震用途群組分類
耐震用途群組 建築物描述
第 I 類 不屬於耐震用途群組 II 或 III 之建築物。
第 II 類 根據建築物之使用與居住性質，其損害不會造成重大的公 共危害之建築物，或是由建管機關所指定的該類建築物。
第 III 類
含有肩負災後救濟與重建重任設施之重要建築物，以及儲 存具有危險物品的建築物，或是由建管機關所指定的該類 建築物。
不同用途建築物耐震設計目標：
IBC以單一子目標之方式來實現 Vision 2000 性能目標，不同用途建築 物有關強度與變位方面耐震性能目標之高低由圖 2-5與圖 2-6表示。值得提 及：若Sa475年 <2/3Sa2500年，則 2/3MCE 對應之地震力<475 年回歸期。以圖 2-1為例，國內該區域 2/3MCE 對應之Sa約為 475 年值之 0.833 倍，相當於 約 200 年回歸期之地震。
圖 2-5與圖 2-6所表達不同用途建築物之性能目標如下：
z 第 I 類(一般)用途群組建築物設計目標：單一等級設計地震 2/3MCE 作 用下，強度保證“生命安全”，變形大致保證 SP3~SP4。
z 第 II 類(較重要)用途群組建築物設計目標：單一等級設計地震，因乘以 用途係數 1.25，地震力等效 5/6MCE 作用下，強度保證“生命安全”；地 震力 2/3MCE 作用下(計算變形除以用途係數)，變形大致保證 SP2~SP3。
z 第 III 類(最重要)用途群組建築物設計目標：單一等級設計地震，因乘 以用途係數 1.5，地震力等效 MCE(2%50)作用下，強度保證“生命安全”；
地震力 2/3MCE 作用下(計算變形除以用途係數)，變形大致保證 SP1~SP2。
圖2-5 IBC 隱含之建築物耐震性能目標(強度)
圖2-6 IBC 隱含之建築物耐震性能目標(變位)
性能等級
LS
1 設計地震 (2/3 MCE)
2 (5/6 MCE)
3 最大考量地震
(MCE) (2500 年)
地震危害等級
性能等級
容許層間變位 (小 大)
地震危害等級
IO (DC) LS
IBC藉由以上設計目標之控制，希望所設計之建築物在不同等級地震 下具有如圖 2-7之性能等級，其中，陰影部分對應圖 2-5與圖 2-6所示規範 實際考量之子性能目標。
圖2-7 IBC 預期所設計建築物於各地震等級下之耐震性能
2.1.2.2 日本(2000) 建築物用途分類：
規範草案[JSCA 2000]將建築物分為基準級、上級與特級如表 2-5所示。
表2-5 JSCA 2000 用途分級
用途分級 範例
特級 防災據點、據點醫院等
設計地震
2/3MCE
MCE=2%50
OP IO LS NC
50%50
上級 一般醫院、避難設施、資料(資訊‧ 計算機、電腦)中心、總 公司機構、不特定群體使用設施等
基準級 一般建築物
不同用途建築物耐震設計目標：
規範草案[JSCA 2000]所考量之地震力劃分如表 2-6所示。規範中，「界 限耐力計算」法考量之兩個等級地震如表 2-7所示。
將建築物之性能等級定義為：對應於荷重、外力作用時，建築物之性 能項目(使用性、修復性、安全性)程度。使用性能主要包括機能性、使用 性、居住性, 亦有耐久性、耐火性等；修復性能包括財產性、回歸性、修 復性等；安全性能主要為安全性, 亦有耐久性、耐火性等。
不同用途建築物之耐震設計性能目標如表 2-8與圖 2-8所示。各性能等 級之定性表述於表 2-9。規範「界限耐力計算」法考量之設計目標含兩個 子目標。
表2-6 地震力等級考量
震度 較弱Ⅴ 級 較強Ⅴ 級 較弱之Ⅵ級 較強之Ⅵ級 Ⅶ級 頻率 偶而 罕見 罕見 極罕見 極罕見 強弱 中度地震 中度地震 大地震 大地震 巨大地震 PGA(m/s2) 0.8~1.0 2.5 3.0~4.0 5.0 7.5
PGV(m/s) 0.25 0.5 0.75
表2-7 兩等級地震 地震等級 發生頻率 回歸期 EQ-I 頻繁(偶而) 20~50 年
EQ-II 稀有(罕見) 數百年(約 500 年)
表2-8 JSCA 2000 不同用途建築物之耐震性能目標選單(間斷式)
建築物
2.1.2.3 紐西蘭(2004) 建築物用途分類：
除了傳統常分之一般(第 2 級)、較重要或具危害性(例如：醫院為第 4 等級，容納超過 250 人之學校為第 3 級)、特別重要或高危害性(第 5 級，
如大壩)等三類以外，考慮比一般建築物還次要之建築物(第 1 級)。
不同用途建築物耐震設計目標：
對於低危害建築物採用單一子目標設計，惟針對特別重要或特具危害 性之建築物採用三個子目標，其他則採用兩個子目標，細則如表 2-10，其 中，在極限狀態(Ultimate Limit State，簡稱 ULS)對應保證生命安全、避免 倒塌；使用服務臨界狀態 1(Service Limit State 1，簡稱 SLS1)對應不需修復 (限制層間變位)，使用服務臨界狀態 2(Service Limit State 2，簡稱 SLS2)等 級對應建築物正常使用或不需立即修復。
表2-10 AS/NZS 1170 不同用途建築物之耐震設計目標 建築物重要度
年超越
機率 次要 一般 重要或具危害性 (包括第 3、4 級)
特別重要或高危害性
1/2500 ULS
1/1000 ULS
1/500 ULS SLS2
1/100 ULS
1/25 SLS1 SLS1 SLS1
該目標可大致表示為圖 2-9所示。
圖2-9 AS/NZS 1170 預期建築物於各地震等級下之耐震性能
2.1.2.4 小結
共性：以上各國耐震設計目標之最大考量地震均未超過 2500 年回歸 期，不同用途建築物之耐震設計目標不同，475 年回歸期地震下不同用途 建築物之性能與各國規範一致：一般、重要、特別重要建築物之性能等級
共性：以上各國耐震設計目標之最大考量地震均未超過 2500 年回歸 期，不同用途建築物之耐震設計目標不同，475 年回歸期地震下不同用途 建築物之性能與各國規範一致：一般、重要、特別重要建築物之性能等級