材料性質與狀況評估

為了進行準確的評估，必須瞭解結構之基本配置、狀況及某些基本 材料特性。若建物依照原設計資料建造，則這些原始的設計資料，包括 圖說與規範及根據本報告第六章規定所準備之破壞調查報告，將可作為 大多數鋼構抗彎構架之評估資料。若無法取得建造文獻，則應進行現地 調查以釐清建物之結構配置，並包括構架位置、桿件尺寸、接合細節及 建築材料等細節。

進行鋼構抗彎構架之分析評估所需之基本材料性質包括：

•鋼柱之降伏強度、極限張力強度及彈性模數。

•鋼梁之降伏強度、極限張力強度及彈性模數。

•接頭銲料之極限張力強度與開槽韌性。

•接頭螺栓之降伏與極限張力強度

雖然結構用鋼為工程材料，但即使所有桿件與接頭構件符合相同的 規範與材料等級，在建物中的鋼材性質也可能會有相當的變異性。通常 不會進行周密的方法來量化梁、柱、螺栓與銲接之物理特性。僅須對上 述材料特性進行統計得出平均值，以區分出結構物中材料的特性。根據 結構桿件設計時所採用之材料規範與等級規定，以及相關的數據便已足 夠估算幾乎所有的材料性質。

若可取得包含設計圖說與規格之原始資料，且可明確得知建造時之 材料特性，則通常不須進行材料試驗。若材料特性無法於圖說中獲知，

或是無法取得圖說，則應取出少許材料試片進行測試，來確認材料可能 之等級。

若須取樣，則應選擇應力較低處進行取樣動作，如簡支梁的梁端、

抗彎構架的梁跨中間等，以減少斷面縮小的影響。若取出螺栓作為材料 試驗則應用適當的螺栓取代抽出的螺栓。銲道之取樣則須依照接頭修復 之規定。取樣以確認材料性質時，應依據合適之規定在實驗室中決定材 料之力學性質。

銲料: 國內一般以低氫系之 E7016 銲條為梁柱接頭之全滲透銲，早期則 有採用類似E70T4 或 E70T7 的銲料以包藥銲的方式進行。若銲道能具 有不錯的開槽韌性，則亦能對接頭提供些許的韌性。若要決定銲道的種 類而又不以抽樣的方式，是極不可能辦到的。建造圖說與說明，通常不 會規定所使用的銲料，即使有規定，承包商亦可採用替代的材料。銲接 程序規定中須定義所採用的銲料，但這些文獻在現有建物中通常無法取 得。若須對銲料進行測試以確認其強度與開槽韌性，則建議至少對各種 建造細節（柱續接、梁翼接柱翼）進行一組銲料取樣。取樣應包含局部 母材與銲料，才能對接頭的強度進行評估。若銲道或其附近具有韌性需 求，設計者可保守假設該銲道無法提供韌性而不須進行實驗。

梁與柱: 許多工程師使用 A36 的梁與 A572 Gr.50 的柱，以達到強柱弱 梁的設計並達到經濟效益，若鋼構抗彎構架建物中之材料未知，則可保 守假設梁與柱為相同材料。但可確定梁與柱採用不同的材料，則應用以 建物耐震分析中。

若決定進行材料試驗來確認梁柱材料性質，則建議至少在每四層樓 中，各種構件種類需有兩組拉力試片。若材料測試結果顯示材料有一種 以上，則應追加進行測試直到確認材料性質與數量。

螺栓: 螺栓規格可由螺栓頂部之標示得知。若頂部標示不清或未標示，

則可假設其規格。若欲得知更詳細的螺栓資料，則須由建物中取樣並由 實驗室測試以確認其材質。

7.6 評估方法

為了評估破壞鋼構抗彎構架之性能，需要建立破壞建物之數值模型 來進行分析，以預測建物所剩餘之耐震能力。本報告所提出之方法同第 三章所述之耐震能力詳細評估法及修正容量震譜法，但震後建物受損構 材數值模擬方式需另外加以考量，一般之受損構材模擬方法在 7.6.1 節 中介紹。

在 FEMA351 中主要以層間變位及柱軸力來決定建物耐震性能水 準，而耐震性能目標之達成與否則以一個確認(信心)指標(Confidence

index)來表示。另 FEMA351 中對於耐震評估方法同其他系列報告一樣，

提供了線性靜力、線性動力、非線性靜力及非線性動力分析四種選用方 法及結構模擬與相關之規定。

FEMA351 中之規定與我國最常被使用之耐震評估方法與耐震設計方 法不論在分析步驟或性能水準定義上還是有相當程度上之差異，為顧及 延續性及 FEMA351 中所採用之不確定性參數可能難以使用，所以本研究 以耐震能力詳細評估法的進行有關耐震性能評估方法之制定，使能有效 進行結構耐震能力評估及使與現行鋼結構耐震規範具相容性，另考量非 線性分析已經慢慢被國內工程界所接受，且其為未來耐震評估之趨勢，

所以本研究亦提出類似於美國 ATC40 之修正容量震譜法的非線性靜力耐 震評估法。

結構分析用以進行震後評估的目的，是為了預測重要反應參數的變 化，以瞭解結構之耐震性能。一旦有了這些反應參數，便可對結構進行 評估以確定其耐震能力。大多數破壞的結構比起未破壞的結構，呈現更 多之非線性的行為。如梁翼下方破壞之梁柱接頭，在斷裂翼板受壓時，

其行為與未破壞之全束制接頭類似，而在斷裂翼板受拉時則與鉸接接頭 類似。這樣的行為無法精確反映在彈性分析中。為了減少分析不精準的 可能性，並對真實破壞結構之反應作最佳化的評估，本報告建議對破壞 之構件採用任何保守的模擬假設。採用線性方法來模擬破壞度高的結構 將存在高度不確定性，因此建議在此情況下不採用耐震能力詳細評估法 而採用非線性靜力耐震評估法。

7.6.1 構材破壞後模擬

本節之方法為用以模擬不同之破壞狀況的構材，對於未發生破壞之 構材的模擬則參照3.7 節之方法。

接頭破壞

接頭之破壞種類可依本節之方式進行模擬。對於各種破壞模式可參 考第二章中對各種破壞類型之介紹。

•只在下翼板或只在上翼版具有破壞種類G3、G4、G7、C2、C4、C5、

W2、W3、W4、P5 或 P6 之接頭，可在破壞面受壓時將其模擬為未破壞 狀況。若破壞面受拉力，則接頭應模擬為未受破壞之簡支剪力板接頭。

•在上翼板與下翼板具G3、G4、G7、C2、C4、C5、W2、W3、W4、

P5 或 P6 破壞組合之接頭，無論載重方向為何，應模擬為未破壞之簡支 剪力板接頭。

•若上述狀況發生且發生破壞類型S1、S2、S3、S4、S5 或 S6 之剪力 板破壞，則接頭在兩載重方向皆應模擬為鉸接。

•具P7 破壞種類之接頭，當破壞面需承受拉力時，對角平面上、下方 兩組梁柱接頭應假設為分離之個體，而當破壞面需承受壓力時，對角平 面上、下兩組梁柱接頭應假設為鉸接。

•如圖7-1，具P9 破壞種類之接頭，破壞面下方之梁與柱應假設為抗彎 接合。當破壞面需承受張力時，破壞面上方之柱應假設為分離之個體，

而當破壞面需承受壓力時，破壞面上方之柱應假設為鉸接。若發生的 P9 破壞為圖7-1 所列之反向，則上述之上方與下方應作對調。

圖7-1 交會區破壞類型 P9 之破壞情形

柱破壞

•若柱翼板發生破壞種類C1 或 C3 的情形，則柱在破壞處受拉時應模 擬為鉸接。若發生壓力則可模擬為非破壞之情形。

•若柱發生C7 之柱續接斷裂破壞，則當柱續接受拉力時應假設為不相 連，而當柱受壓時則假設為鉸接。

•若柱發生C6 之翼板挫屈破壞，則柱挫屈之長度應另外以不同元素模 擬，其撓曲強度與勁度以原來柱之30%模擬之。

梁破壞

•發生G8 破壞之側向扭轉挫屈的梁，應在挫屈範圍內以鉸接模擬。

•發生G1 破壞而產生翼板挫屈的梁，應在梁挫屈長度內以不同元素模 擬，其撓曲強度與勁度以原來梁之30%模擬之。

其他破壞

上述梁、柱或接頭之破壞以外之其他破壞，除非經過判斷，會發生 接頭處嚴重的勁度與載重分佈變化，否則不須額外考量。工程師應判斷 採用之模型以精確反應破壞構材之行為。