檢核性能標準容許值

結構耐震性能可接受性之檢核是根據上一節內容，以適宜之分析方法 計算結構在性能目標對應之該等級地震作用下之反應參數與可接受標準 或容許標準值比較，確定是否滿足耐震性能標準。本節主要提供採用上節 非線性靜力側推分析之檢核內容。

各參考文獻採用各種分析方法對應之主要檢核內容如表 2-50所示。

FEMA 273之性能目標與標準基本建立在整體結構系統上，而耐震性能可 接受標準之檢核，則僅以結構構件之性能可接受標準為準。FEMA356 稍 有改進，要求檢核結構滿足性能目標對應變位限制，且各性能標準點對應 之基底剪力強度不低於容量曲線雙線性化後有效降伏強度之 80%。ATC-40 之性能目標與標準也建立在整體結構系統上，但耐震性能可接受標準之檢 核包括結構整體與結構構件之性能檢核。FEMA350 針對鋼結構韌性抗彎 矩構架，以分析所得性能表達參數不超過結構提供性能之可靠性作為可接 受標準。FEMA350 是以 FEMA273 為基礎，考量不確定因素，採用可靠度 為基礎之機率近似法，以需求抵抗係數設計 DRFD(Demand and Resistnace Factor Design)之方法來評估建築物耐震性能滿足設計目標之信賴度(基本 程序主要根據結構在所考量地震等級下之需求 D、需求變異因數γ 、分析 不確定因數γ_a、以參數φ 折減後之容量 C 來評估信賴參數

C

aD φ

λ=γγ ，作為 最後評估結構達到預期性能目標之信賴度之依據)，並與該信賴度可接受條 件比較來確定設計是否滿足要求。但目前實務應用中(State-of-the-practice) 仍主要比照 FEMA273(或 FEMA356)與 ATC-40 之檢核原理，基於計算之 反應參數不超過該參數可接受標準值來評判性能目標是否滿足。

表2-50 參考文獻之檢核內容

參考文獻 分析方法 檢核內容

線性靜力 計算之側移量╳ 0.7≤性能標準之側移限值 SEAOC 1999

附錄 I-A 線性動力 計算之側移量≤性能標準之側移限值 線性靜力、線性動力

SEAOC 1999

附錄 I-B 非線性靜力側推

降伏機制

檢核側移限制(層間變位角)

非線性動態歷時

ATC 40 非線性靜力 (容量震譜法)

結構整體：

豎向承載能力、側 向承載能力、側向 力抵抗系統韌性與 變位限制

結構構件：

性能點對應構件之強 度、韌性與變形滿足標 準

報告提供相關表格

有關表 2-50各參考文獻耐震性能檢核步驟之詳細內容可參見文獻[蕭 江碧等 2004]。本研究中，根據第2.7.1節所選用於評估檢核之分析方法，

進行不同之分析評估，檢核結構整體系統與結構構件之性能是否滿足耐震 性能標準。

本研究以下針對非線性靜力側推分析，主要根據 FEMA 356 與 ATC-40 之檢核原理，建議規範條文中要求檢核結構整體系統之豎向承載能力(與豎 向穩定性-不因喪失任何一根結構桿件而失穩)、側向承載能力(降伏機制與 軟弱層檢核、基底剪力之檢核)、側向力抵抗系統之變形能力(韌性與變位 限制)，檢核結構構件之強度與變形不超過其容量、需要保持彈性之構件不 能降伏。具體內容如下：

結構整體系統

a. 豎向承載能力[ATC-40 1996]

豎向承載能力需確保結構不致因任一構件喪失承載能力而倒 塌，可經由去除任一構件後檢核結構穩定性分析了解，確保結構具有 足夠強度與贅餘度(Redundency)，但因此也增加不少計算量，最好能 在概念設計時要求提供足夠贅餘度來確保。另外，也可以針對非線性 側推分析中，發生降伏且軸力又很大之柱桿件，增設軸力塑鉸，考慮 柱上下端形成塑鉸後，尚可承擔豎向荷載時發生軸力破壞而倒塌之情 形，充分了解結構接近極限狀態時，是否會因豎向承載能力不夠而倒 塌。

b. 側向承載能力

i) 破壞機制與軟弱層(極限層剪力)檢核

上述非線性分析過程中，均可以根據結構構件降伏或塑鉸產 生之先後順序與位置來瞭解結構實際之降伏機制與概念設計中預 期之降伏機制是否吻合，也可以瞭解是否有顯著軟層或弱層出現。

本研究根據顧問討論結論，考慮強柱弱梁等期望之降伏消能 機制已於構材設計規範中考慮，而非線性分析檢核已能了解結構 之能耐，本規範僅針對軟、弱層等不期望發生之破壞機制加以檢 核即可。

ii) 強度衰減檢核

容量曲線雙線性化後，降伏後勁度為正者，側推終點取極限 基底剪力強度>=80%容量曲線最大基底剪力強度；降伏後勁度為負 者，側推終點極限基底剪力強度不低於容量曲線雙線性化後有效 降伏強度之 80%(FEMA356)(圖 2-29)。其目的在於確保結構之側向 穩定性，不因 P-Delta 效應與構材本身在反覆載重作用下之強度衰 減或勁度削弱，而導致超過 20%以上之強度衰減，否則，應採用 非線性動態歷時分析驗證或修改設計。規範中以控制側推分析終 點確保。

c. 側向力抵抗系統韌性與變位限制

i) 整體最大層間變位角(考慮 P-^∆效應) IDRmax<=性能標準 IDRa

耐震性能績效點對應結構整體最大層間變位角(需求)不超過 該性能等級對應層間變位標準值。

ii) 韌性需求 IDDR<性能標準 IDDR

耐震性能績效點對應結構整體韌性需求不超過該性能等級對 應韌性標準值。

c-i)與 ii)之要求也可以表述為：降伏結構在滿足變位要求之同時，其 韌性需求不超過其容許韌性。

結構構件

OP 性能等級對應子目標之檢核以強度與最大層間變位比(勁度)為 主，僅針對結構構件強度與結構最大層間變位比檢核即可。而 CP 性能等 級對應子目標之檢核可僅針對結構整體系統，不需再作單一構件之檢核。

其他子目標對應結構之性能可接受性還須由評估構件之強度與非線 性變形是否滿足要求決定。

非線性分析中，構件行為採用 FEMA356 或 ATC-40 等研究報告提供 之數據來模擬者(圖 2-31)，要以該報告之構件行為可接受標準進行檢核。

本研究因考量 IO 與 DC 性能等級，對應之構件性能可接受標準將根據本研 究中整體性能表準與參考文獻[FEMA356/ATC-40]整體性能標準案比例調 整。經由實驗建立之數據來模擬者，可根據如 FEMA356 建議之實驗程序 來建立構件行為之結構模擬參數與可接受標準，詳細內容參見[蕭江碧 2004]。本研究採用結構整體 IDDR 標準，僅要求 80%以上構件滿足該標準 即可表示滿足性能要求。

既有研究報告中，在評估以前，每一構件需要根據他們影響整體系統 強度與勁度之程度劃分為主、次要構件，每一構件之每一種行為又被分類 為力量控制(force-control 非韌性行為)與變形控制(deformation-control 韌性 行為)。有關結構主、次要構件及其力量、變形控制行為之劃分參見[蕭江 碧 2004]。

a. 變形控制行為 dCE ≥dUD

耐震性能績效點對應構件變形(需求)dUD 不超過預期變形容量 dCE。其中，d 表示變形控制行為，如非彈性轉角θ、非彈性轉角比θ/θy、 位移比∆ /∆y；下標UD表示呆載重與地震力作用，下標 CE表示預期值，

即大量同類型構件變形容量之平均值，對應各性能等級變形容量可接 受指標參見後文說明。

因非線性靜力側推分析側推終點考慮單一構件之韌性容量，所 以，不再特別要求構件最大韌性需求不超過韌性容量。

b. 力量控制行為 QCL ≥QUF

耐震性能績效點對應構件力量控制行為(需求)^Q_UF不超過強度下

限QCL，即大量同類型構件降伏強度平均值減去一個標準差。其中，Q 表示力量控制行為，下標UF表示重力與地震力作用。

圖2-31 模擬構件與描述可接受標準之力與變形關係

[資料來源：FEMA 356 Fig.C2-1]

c. 其 他 ： 降 伏 機 制 與 分 析 模 擬 中 需 要 保 持 彈 性 者 不 應 降 伏 (SEAOC-IB、FEMA356)

結構模擬：

非線性分析中，構材之非線性分析模型要能正確反應構材之非線性行

構系統，並考慮非結構牆可能對結構造成的影響，且應考慮 P-∆效應。此 外，對於非線性分析中發生降伏且軸力很大之柱構件，宜考慮增設軸力塑 鉸。

表 2-51 FEMA 356所建議之 RC 構材初始勁度近似值

構材 撓曲勁度

(E_cI_g)

剪切勁度 (E_cA_w)

軸向勁度 (E_cA_g)

非預應力梁 0.5 0.4 1

預應力梁 1 0.4 1

≥0.5 A_g f_c'重力荷載作用(亦即側 向地震力較小)之受壓柱

0.7 0.4 1

受拉柱或≤0.3A_g f_c'重力荷載作用 (亦即側向地震力較大)之受壓柱

0.5 0.4 1

牆(開裂) 0.5 0.4 1

牆(未開裂) 0.8 0.4 1

備註：重力荷載居表內數值之間者之受壓柱，線性內插