建物隔震的設計與施工

2.6.1 建物隔震之設計

隔震建築物之設計流程如（圖2.6.1.1）所示，其重點說明如下：

1. 規劃設計之檢討項目

(1) 地盤條件：根據「建築物隔震規範」，地盤分為三類地盤及台北盆地。隔震 結構係以隔震器來延長建築物的自然週期，避開地盤的卓越週期，使建築物 的振動反應減低。所以，卓越週期越短的堅硬地盤上採用隔震系統之隔震效 果越好，在軟弱的地盤上，隔震建築物的自然週期與地盤的卓越週期接近，

隔震的效果會降低，所以必須採用週期延長更長之隔震器。

(2) 基地條件：隔震建築物在大地震發生時，水平方向可能會發生 30~60cm 的大 變形，所以建築物周圍必須設計隔震可動淨空間。隔震層設置於結構物基礎 部位時，因為地下必須作擋土牆，所以基地周圍可能要留1m 以上之距離(包 含隔震淨空間)。地震發生時必須考慮不能與鄰近建築物發生碰撞。

(3) 建築物特性：上部建築物的自然週期越短(建築物的剛性越高)，隔震效果越

好。圖2.6.1.2為不同剛性之上部結構之振動反應結果，建築物上部結構剛

性越高，建築物越能呈現剛體運動，加速度反應越能減低。當建築物上部結 構剛性低時，與在基礎固定的狀況下，其反應有相同的趨勢，越上層樓其加 速度反應會較大，剪力係數亦較大。從基底剪力係數評量隔震效果，亦得到 相同的結論，上部結構之自然週期越短者，其隔震效果越好。上部結構反應 越大時，剛性會有減低的現象，故設計時必須加以考慮。因此剛性較高的建 築物較適用於隔震結構，如鋼筋混凝土造、鋼骨鋼筋混凝土造或加斜撐之鋼 骨造之高勁度建築物，加強磚造等建築結構之剛性高亦適合採用隔震補強。

上部結構的自然週期長則隔震效果會降低，所以有較於傳統耐震工法，隔震 工，需能減低地震時之振動反應。

(4) 性能目標：隔震建築物可以降低作用於上部結構的地震力，其反應加速度及 反應層間變位亦可降低，因而抗震的安全性高，亦可確保建築物的機能。一 般而言，隔震建築的初期建造成本比較高，但若考慮建築物使用期間，地震 過後的傳統耐震建築物修復費用，及隔震建築物可以減低加速度反應維持建 築物機能，隔震建築的成本可能較為經濟。

2. 耐震安全性能目標之設定

(1) 設計用地震波：地震波的週期特性必須反映工址的地盤特性，其可利用過去 的觀測地震波資料。若無過去的觀測波資料，亦可以考慮工址地盤特性而製

作之模擬人工地震波。

(2) 耐震安全性能目標：地震力作用下之安全目標的設定可以分為，上部結構、

隔震器、樁基礎及下部結構等這幾類分別進行評估，如（表2.6.1.1）所示。

關於積層橡膠部分之耐震安全性能目標如（圖2.6.1.3）所示，考慮其遲滯 圈特性設定其安定變形、性能表保證變形。變形性能隨著2 次形狀係數、積層 橡膠的直徑、面壓的不同而異，一般而言，積層橡膠的安定變形量之剪應變約 為200%左右，性能保證變形量約為 300%左右，此性能目標會隨著各個建築物 條件的不同而不同。

3. 隔震層及上部建築物之基本設計 基本設計必須檢討下列項目：

(1) 建築物各樓層剛性：利用靜力分析結果求得建築物各層的彈簧係數。所有靜 力分析用的外力分布，建築物上部結構剛性高時，其各樓層外力分布為梯形 分布；建築物上部結構剛性低時，其各樓層外力分布大致可以考慮為倒三角 形分布。作用於隔震建築物之基底剪力一般在0.12~0.15 左右。

(2) 隔震器的選定：隔震器的選定需考慮地盤條件、建築物形狀、經濟性及其施 工性等諸多條件。

隔震器的種類選定後，再決定其個數、形狀、配置等，其中形狀乃由積 層橡膠之面壓因素決定。為了不使隔震層(隔震器的設置層)出現大的偏心，

可以將建築物重量的重心及隔震器的剛心在隔震層進行調整。

(3) 預備動力反應分析：建築物及隔震器的諸元決定後，進行預備動力反應分析。

根據動力反應分析的結果，確認其反應值是否滿足初期的設定條件(基底剪力 係數等)或容許值，及確認上部結構的地震力之減低效果是否滿足性能目標之 要求。

4. 靜力分析

根據預備動力反應分析的結果決定進行靜力分析用的外力分佈，再先假 設各結構桿件的斷面，進行上部結構的應力分析來決定結構斷面。斷面決定 後，再進行彈塑性分析。從彈塑性分析結果考慮各桿件裂縫的發生及降伏強

各個隔震器的遲滯圈特性越能正確模擬，則能精確掌握建築物的反應。

圖2.6.1.4為反應分析用之遲滯圈特性模型例，解析模型及實測的遲滯圈特性

非常接近。

隔震器(積層橡膠)之性能如（表2.6.1.3）所示，製造時的誤差、材料的 經年變化及橡膠種類對於溫度等產生橡膠特性的變化因素都必須在動力分 析時進行考慮，以檢核符合耐震性能目標。

隔震建築物的性能係由隔震器的特性來支配，地震時發生的能量幾乎由 隔震器來消化吸收，所以地震力的輸入能量達到什麼程度，隔震器會達到什 麼樣的極限狀態必須進行確認。

低樓層的鋼筋混凝土造的隔震建築物，風力之影響不大，但木構造等較 輕之隔震建築，則須檢討風力作用之下可能發生的問題。

6. 建築計畫及設備計劃

隔震建築物的建築計劃及設備計劃必須注意下列項目：

(1) 相對變位對策：隔震建築物在地震發生時，上部結構與基礎之間會有相當大 的相對位移發生，建築物與基礎間設備配管或電線配管等需不受損，以維持 設備機能，上述配管須能追隨地震時發生的大變形。如（圖2.6.1.5）所示。

隔震管線之接頭變形如（圖2.6.1.5）所示。給排水管的隔震可橈性接頭 配合支撐用的鋼架架台使用處理，而電機配線可以預留足夠之線路長度以追 隨隔震變形。

隔震建築物的上部結構各層的反應層間變形相當小，所以內裝與外裝不 會受到太大的力量。

(2) 隔震層週邊的處理：若隔震器設置於基礎時，建築物與週邊的基地間會產生 變形，所以建築物的入口部分及外周邊須有適當的處置對策，雨水的排水系 統亦要一併考處理，如（照片2.6.1.1）。

隔震器不設置於基礎時，隔震層上下樓層之外裝與內裝必須切開，使其 能追隨其隔震變形，且外裝亦須考慮雨水的處理。

(3) 貫穿隔震層之動線：上下之動線設計如電梯與樓梯，亦必須追隨其隔震變形，

所以必須詳細考慮，電梯或樓梯在隔震層之處理方法由上部樓層倒吊的方式 處理，如（圖2.4.1.6）。

(4) 防火區劃之變形性能：若隔震層設置於活動、居住空間時，即須考慮防火區 劃。須能追隨地震時產生的變形，在大變形時，亦能確保其防火性能。

2.6.2 建物隔震工程的施工

建築物隔震工程施工，依隔震器裝設的位置不同大致可分為基礎隔震、地下 層隔震及地上層隔震等三種，如（圖2.6.2.1）所示。舊有建築物，進行隔震之安

裝施工，通常稱之為隔震補強。舊有建築物之隔震器安裝，先以千斤頂、假支撐 等頂住預定放置隔震器的位置以後，再將柱進行切除，待隔震器安裝完成後再將 假支撐移除，依序將所有的柱依此方法截斷柱裝上隔震器，即完成隔震補強之施 工，如（圖2.6.2.2）所示。

施工方面之品質管理主要分為隔震器的安裝方法(施工時程、施工方法及施 工順序)及隔震器基礎的施工兩大部分。施工前，施工者必須完成隔震器施工計 劃書，與設計者及業主進行充分的討論，以確實確保施工管理之執行。積層橡膠 支承下部基礎之施工，積層橡膠下部錨錠板須緊密灌注混凝土及無收縮水泥，所 以施工前，需將灌注材料及施工方法作施工前的施工試驗，以確保施工的品質。

施工時檢查項目如下所示：

1.下部基礎：錨錠板之位置、高度及傾斜度。

2.隔震器的設置：設置精度、接合鏍栓是否緊密接合。

3.結構體：上部與下部結構體的水平變位。

4.阻尼器之設置：設置精度、接合鏍栓是否緊密接合。