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1. 美國:

自 1989 年 Loma Prieta 地震後,為兼顧基礎設施的使用機能、

可修復性、安全性與經濟性,從既有基礎設施評估補強到新建設施 設計,美國開始引進耐震性能設計法。特別自 1992 年起,美國由 聯邦危機災害管理局( Federal Emergency Management Agency, FEMA)贊助,經由如應用技術委員會(Applied Technology Council, ATC)或各大學地震工程研究中心等其他機構執行,針對既有建築 物之防災、新建建築物之耐震設計,引進耐震性能設計理念。1995 年 Vision 2000 [SEAOC 1995[16]]性能設計初步架構提出至今,相關 性能設計理念之架構、設計方法、評估方式等研究報告[ATC-32 1996[17]、ATC-40 1996[18]、FEMA-273 1997[22]、FEMA-350 2000[30]、 FEMA-356 2000[31]、FEMA-368 2000[32]、NCHRP 2001[34]、MCEER 2001[35]、ATC-49 2003[43]、FEMA-450 2003[44]、FEMA-440 2004[45]、 IAEE 2004[47]]紛紛出爐,這些研究報告為其後續規範或設計指針 [SEAOC 1999[27]、IBC 2000[33]、IBC 2003[42]]之研擬奠定了基礎。例 如 美 國 聯 邦 高 速 公 路 總 局 ( Federal HighWay Administration, FHWA)針對既有橋梁之耐震補強設計,依據服務年限以及重要 度,建立不同橋梁在兩等級地震下的耐震設計性能目標,並結合工 址設計反應譜劃分為不同耐震設計類別,分別選用適宜的分析方法 來設計,其中,特別強調能夠反應結構非線性行為之非線性靜力分 析與容量震譜法。美國高速公路橋梁 LRFD(Load and Resistance Factor Design)耐震設計指針中,就特別強調性能目標、系統與構 件 之 規 劃 、 容 量 震 譜 法 。 美 國 州 公 路 及 運 輸 協 會 ( American Association of State Highway and Transportation Officials, AASHTO)

之「Guide Specifications for LRFD Seismic Bridge Design」[AASHTO 2009[51]]亦採用性能目標結合工址設計反應譜定義不同耐震設計類 別,再選用適宜之分析方法來檢核整體與構件之耐震性能。為完善

與落實耐震性能設計法於工程實務中,相關研究仍在持續進行。

2. 日本:

1995 年 Kobe (Hyogoken-Nanbu)地震後,日本特別對結構構件 以及非結構構件所造成的嚴重災害提出今後耐震設計須考量兩個 等級之地震危害,亦即是現行規範引進性能設計法之核心[日本土木 學會 2000[61]],同時還需探討工址地盤的特性以及構造物之變形行 為。例如日本道路橋示方書耐震設計篇[日本道路協會 2002[72]]考量 兩等級設計地震,建立不同重要度橋梁之耐震設計目標,以使用 性、可修復性與安全性作為設計原則,強調耐震性能檢核之程序、

分析評估方法與檢核內容。日本鐵道構造物等設計標準.同解說-耐震設計[日本鐵道综合技術研究所 2002[74]]同樣針對不同重要度 橋梁,考慮兩等級設計地震訂定性能目標,強調結構韌性、破壞控 制、結構不倒,性能由可修復性來定性表述,並與構件損傷等級、

基礎穩定性等級相關,性能目標之量化標準非常明確,同樣強調以 耐震性能檢核方式來滿足性能設計目標。

3. 港灣構造物:

在港灣構造物規範訂立方面,日本港灣設施之耐震設計規範自 1951 年建立以來也經歷了多次變革,除了 1979 年首次明確指出要 評 估 土壤 液 化之潛 能 以外 , 均以採 用 耐震 係 數或震 度 (Seismic Coefficient)之擬靜力分析方法;1999 年「港灣設施技術上基準、同 解說」[55]在既有以擬靜態地震側向力分析之基礎上修改耐震係數及 構造物之重要性係數(Importance Factor),除了考量地盤之影響外,

採用兩個等級地震危害,並對一般構造物以及特定構造物相應之性 能提出具體要求,並力求量化;2007 年「港灣設施技術上基準、同 解說」[99]將碼頭按重要度依序分為「耐震強化碼頭」與「一般碼頭」

兩種,而耐震強化碼頭又依使用性分為「緊急」、「主要」、「標 準」三種,再依據「地震等級」與所期望的「損害情形」將碼頭耐 震性能目標作定義,並以破壞機率與變形量限制作性能可接受標

準。2001 年國際航海協會(International Navigation Association,原 名 Permanent International Association for Navigation Congresses) [INA 2001[36]]所頒布之港灣構造物耐震設計準則為第一本國際性準 則,由包括阿爾及利亞、加拿大、丹麥、德國、希臘、義大利、日 本、荷蘭、西班牙、英國及美國等 11 個國家之專家共同研擬,該 準則除了比較各國規範之特色,同時也反應了各種港灣構造物之不 同性能,指出現行在某一等級設計地震下基於力量之設計方法,可 能無法滿足構造物在遭遇其他等級地震力下之性能,特別強調高危 害度或特別重要之構造物在烈震下也需維持其使用性。

4. 臺灣:

臺灣地處環太平洋地震帶,受歐亞大陸板塊與菲律賓板塊碰撞 擠壓影響,臺灣每年發生地震(含有感與無感地震)的次數平均不 下一萬次,島上結構物隨時有遭受地震襲擊的可能。民國 88 年 9 月 21 日臺灣地區發生了規模 7.3 的南投縣集集大地震,造成許多橋 梁發生落橋、橋柱剪力破壞、撓曲破壞、撓剪破壞,接合錨碇處破 壞、大梁位移、橋墩傾斜或斷裂等。為因應技術發展及國際化需求,

國內開始進行耐震性能設計相關研究,包括耐震性能設計理念及設 計方法[張國鎮等 2001[67]、薛強 2002[75]、廖文義等 2003[79]、蔡克銓 等 2003[80]、宋裕祺與蔡益超 2004[82]、鄧崇任等 2004[83]、薛強與吳 嘉偉 2004[84]、王仲宇與李明山 2005[91]、鄧崇任等 2009[103]],以提 升理論方法至國際水準。大約從 2003 年開始,某些業主要求採用 耐震性能設計理念來評估既有基礎設施之耐震能力,但工程師們卻 因國內缺乏本土規範或設計指針,對於如何進行耐震性能設計或評 估感受到很大挑戰。工程實務中,國內亦從工址微分震區設計地震 反應譜、考慮近斷層及土壤特性、考慮多等級地震之耐震設計,到 採用非線性分析方法等,於近期更新之建築物[內政部營建署建築研 究所 2005[92]]、鐵路橋梁[交通部 2007[97]]與公路橋梁[交通部 2008[100]] 耐震設計規範中引進部分耐震性能設計理念。另外,亦提出建築物 耐震性能設計規範草案[蕭江碧等 2004[85]、薛強等 2005[93,94]、鄧崇

任等 2007[98]]、鐵路橋梁耐震性能設計法研究成果[張國鎮與劉光晏 2004[86]]以及公路橋梁耐震能力評估及補強準則[張國鎮、蔡益超、

宋裕祺等 2009[104]]。以上國內外規範回顧之詳細內容將於後續第四 章、第五章作說明。

性能設計理念發展至今,以美國、歐洲、日本為主的許多國家皆 已採用其精神與內涵,納為編訂新世紀技術規範之基本架構。亞洲土 木工程聯盟(Asian Civil Engineering Coordinating Council, ACECC)現 以日本土木工程學會(Japan Society of Civil Engineers, JSCE)為主導,

持續推動亞洲區域規範之整合(Asian Code Harmonization),並於 2007 年 6 月 臺 北 舉 辦 之 第 四 屆 亞 洲 土 木 工 程 會 議 ( The Fourth Civil Engineering Conference in the Asian Region, 4th CECAR)上,通過成立 以「亞洲區域規範整合」為主題之技術委員會,確認以性能設計及限 度設計等設計準則,為未來制訂設計規範之基礎,並著手發展相關研 究。目前在亞洲地區,除了日本已經在相關領域有了具體之成果外,

韓國、新加坡、馬來西亞、香港及中國大陸等地區,亦已陸續啟動相 關研究機制。此股國際規範研究發展趨勢,受到行政院公共工程委員 會的重視,於 2009 年推出「公共工程性能設計準則」[國家地震工程研 究中心 2009[105]],並希望各部會配合落實,研議推動本土化之性能設 計規範。