消能元件配置

2.1 消能元件的平立面配置

本節首先介紹一些具代表性的減震消能元件配置型式。

1.特定層集中配置

根據實際的地震破壞及地震力作用之彈塑性反應分析結果可知，許 多高層的建築物，在結構勁度相對較軟的樓層較易發生損傷破壞集中現 象，所以設計規範對於勁度不規則的軟層有下限規定，其規定側向勁度 低於其上一層者之60%或其上三層平均勁度 70%者，有此種情形之建築 物，乃為耐震規範所不容許的。此外，並進一步要求確保建物有一定之 塑性變形能力。

對於含被動消能元件而言，設計者可以刻意減弱特定樓層之勁度，

讓地震力集中至這些特定層，而於這些特定樓層設置消能元件，吸收地 震能量之構造如圖 2.2(a)。特定層集中配置的力學原理類似隔震結構系 統，但隔震結構的主要原理是延長隔震結構物的週期，降低隔震建築物 的反應加速度。能量集中的特定樓層可以設計在第一層、最上層及中間 層，亦可以設計於數個樓層進行減震消能。一般而言，能量吸收層設計 在靠近地震動的下層時其地震能量消散的效率較高，振動反應的降低效 果較好。能量吸收設置於特定層的消能設計，其消能元件需有較大吸收 能量的能力，但需特別注意的是，於設計地震力發生時，集中層不得發 生崩壞。然應用此種設計方法，於我國目前實務界的應用，尚未聽說採 用此種方法做減震消能結構設計。

2.各層分散配置

以各層分散配置的方法如圖 2.2(b)，為一般國內設計消能結構採用 的方法。對於勁度較大的核心(Core)結構，則可利用核心結構及其周邊 構架的振動特性不同，兩者間以消能元件連結，而發揮減震的效果。上 下樓層連續剪力牆連接之梁與剪力牆，兩者強度相差甚多，故破壞一般 會集中發生在此連接梁處，若將消能元件裝設於此連接處，可以發揮建 築物全體的減震效果。

3.兩建築物之間配置

兩建築物之間配置如圖 2.2(c)，利用鄰近兩棟建築物的振動特性之 不同，消能元件可裝設在兩相鄰建築物之間配置。高層建築物的高樓層 部分及低樓層部分可於邊緣處切離，而以消能元件相連結，亦可成為一 種減震消能結構配置。形狀較細長的建築物、L 型之建築物及ㄇ字型的 建築物，一般可分成幾個區塊，在各建築區塊間設置伸縮縫且裝設消能 元件，利用各區塊結構振動特性不同之特徵，抑制建築區塊間的相對變

位。

4.巨型框架

巨型框架配置消能元件如圖 2.2(d)，超高層建築物振動的彎曲模態 成分較多，利用層間變形發揮減震效用之消能元件，其效果較不能發 揮。超高層建築物一般由巨型框架結構系統及次框架結構系統組成，次 框架系統的振動反應一般會發生增幅的情形，在次框架中裝置消能元 件，發揮消能元件之吸收能量的效率，建築物的全體振動反應亦得以降 低。

進行減震消能結構設計時，主體結構須先遵循相關規範之設計需 求，但斷面尺寸可能作適當的縮減，以減低建造成本。減震消能元件選 擇必須依據設計目標與性能要求，選定適當的類型，可能是單一種類或 複數種類的組合搭配，其次需進行消能元件平面與立面配置計畫。各種 可能的配置安排可參照圖 2-3 及圖 2-4。進行主體結構與消能元件組合 配置時，立面剛性與強度分配要均勻，平面不能有偏心過大的情形發 生。擬定配置計劃時，吸收能量的樓層部位、能力及順序等需預先構想，

其對於反應的控制相當重要。

平面配置計劃可參考圖 2-3。於建物外周分散配置可設置較多的消 能元件數量，則每組消能元件的消能能力可以小一些；核心周圍的設置 空間受到限定，則每組消能元件的吸能性能要求較大。立面配置計劃可

參考圖 2-4。各層分散配置時，整棟樓層配置的數量多，則消能元件吸

能能力可小一些。而連續配置時，柱子受到較大的傾倒力矩，柱腳的軸 力變大，故須檢討拉拔情況如圖 2-4(a)。圖 2-4(b)錯開配置時，傾倒力 矩可以分散，可避免柱腳軸力增大的情形。同圖 2-4(c)，消能元件集中 配置於特定樓層時，消能層集中吸收大部分能量，為免非消能層不產生 損傷破壞，因此建物的剛性與強度分配要做適當調整，地震的傳遞乃經 由基礎上傳至建築物，所以於建物下層集中配置消能元件，減震的效果 較大。如圖2-4(d)消能元件亦可配置於高層建物的避難層或特殊用途樓 層，消能元件配置於最上層樓與最下層樓，當中小地震發生時，最上端 的消能層為主要吸能機制；當大地震發生時，最下端的消能層也加入吸 能的行列。除結構上的考量外、建物的用途與計畫影響消能元件的空間 配置時，必須進行適當配置的檢討。而溫度依存性較大的黏彈性及黏性 消能元件必須配置於溫度變化較小的區域。

2.2 消能元件配置缺失

特定層集中配置一般配置於較柔的樓層，利用消能元件進行消能，

若設計不當，則該層反而成為崩塌樓層，因此採用此法需要特別注意消 能元件的勁度與消能能力。另消能系統為國內近年來逐漸被廣為運用之 有效抗震系統之一，但由於若干設計者並未如一般結構設計般之熟悉，

及由於 2002 年版耐震設計規範還未正式頒布，所以設計者進行此類系 統之設計需額外之注意。由於國內建築結構規劃階段之特有生態，消能 系統常因空間限制而往往無法配置於最適當之位置，此點於老舊建物補 強上更為嚴重之問題，所以設計者若用大尺寸之消能元件來克服此類問 題，則需注意其連結構材耐震能力是否能夠相匹配，尤其是在位移需求 上之匹配而非強度上之滿足。

配置消能元件時，由於設計者對於消能元件的力學特性及設計方法 不熟悉，以致於以一般耐震設計的觀念配置消能元件，於地震發生時，

可能導致建築物產生額外扭矩的發生。其中，產生額外扭矩可能被忽略 的原因是，當配置消能元件時，即使有考慮到消能元件配置於剛心兩側 的位置，但因為沒有考慮到同一樓層可能採用不同勁度的消能元件，以 致意外偏心率加大，而分析時又忽略些一扭轉效應，形成一不安全之設 計，例如：黏性消能元件一般廠商提供的資料顯示，黏性消能元件沒有 勁度，但根據日本制震設計手冊說明，黏性消能元件是有勁度的，其勁 度除包括支撐消能元件之支撐構材外，消能元件本身也有勁度，消能元 件之噸數(工程數語所謂的噸數，是指最大設計阻尼力)不同，其勁度也 不同，然設計者往往忽略此一效應，認為黏性消能元件沒有勁度，導致 同一樓層配置不同噸數的黏性消能元件，忽略其可能造成之扭轉效應。