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結構系統地震力折減係數 F 與結構系統之韌性容量 R 有關,但結構物韌性 u 容量對結構物之耐震能力而言,也與其週期有關,對長週期結構物較有效,對短

構物可視為長週期結構物。能量相等適用的週期範圍,依 Newmark-Hall 非彈性 加速度反應譜製作的程序來看,與韌性比 R 及阻尼比有關。茲為簡化計,取 0.2

T

0D

梁如為鋼梁,R=4.8。具非結構牆之鋼骨鋼筋混凝土抗彎矩構架系統,如梁亦為 SRC 造時,R 值為 0.75×4.0=3.0;梁如為鋼梁,則用 4.0。

U (displacement) Ue , Uu

Uy R*

R**

R (Seismic Load)

圖 C2.6 彈性系統與彈塑性系統之位移 (位移相等法則)

U (displacement) Ue Uu

Uy R*

R**

R (Seismic Load)

圖 C2.7 彈性系統與彈塑性系統之位移 (能量相等法則)

T Sa (T)

0.2

T

0D 0.6

T

0D

T

0D

圖 C2.8 計算結構系統地震力折減係數四個週期範圍

等能量 內插段 等位移 內插段

2.10 避免中度地震降伏之設計地震力

為避免韌性較佳之建築物在地震時過早產生降伏,(2-1)式之地震設計最小總 橫力不得低於 V*:

y aD

IW V S

α 5 . 3

* = (2-16)

解說:

本節規定的目的在避免韌性較佳的建築物在地震不太大時,即進入降伏狀 況,如此會增加結構構材須經常修復的可能性,而徒增困擾。依(2.16)式的規定,

F

u值超過 2.5 的建築物將受此式的控制。

2.11 地震力之豎向分配

最小總橫力依下述豎向分配於構造之各層及屋頂。

構造物頂層外加之集中橫力 Ft依下式計算:

TV

F

t =0.07 (2-17)

F

t不必大於 0.25V;若基本振動週期 T 為 0.7 秒以下,Ft可令為零。

最小總橫力扣除 Ft 後之剩餘部份,應依下式分配於構造物之屋頂(第 n 層) 及其餘各層:

( )

=

= −n

i i i x x t

x

W h

h W F F V

1

(2-18) 作用於第 x 層之橫力 Fx依該層質量之分佈,分配於該層平面。其中,Wx為第 x

層依第 2.2 節計算之建築物重量。hx為第 x 層距基面之高度。

解說:

地震力之豎向分配與原有建築技術規則的規定相同。

2.12 建築物地下部份設計水平地震力

建築物地下各層施加之設計水平地震力為該層靜載重乘以該層深度對應之 水平震度 K。水平震度 K 依下式計算:

I H S

K

DS

 

 −

≥0.11 40 (2-19)

其中,SDS為工址短週期設計水平譜加速度係數,I 為用途係數,H 為自地表面往 下算之深度。H 大於 20 公尺時以 20 公尺計。

解說:

本次研擬之地震力條文,震區水平加速度係數 Z 均改以 0.4SDS取代。故將原 規範之水平震度改以(2-19)式表示。

2.13 結構之模擬

靜力分析時,建築結構之模擬應儘量反映實際情形,因此要力求幾何形狀之 模擬、質量分佈、構材斷面性質及土壤與基礎結構互制之模擬能夠準確。

建築物各層樓版通常可假設為剛性樓版,但當樓版最大側向變位大於該層層 間變位平均值之兩倍時,應視樓版為柔性。

結構之模擬應使構材內力與結構變形能反映 P-∆效應引致之結果。若二次彎 矩與一次彎矩的比例小於 0.1 時,P-∆效應可不必考慮。任一樓層此比值可依該 層以上靜、活載重和乘以該層層間相對側向位移除以該層層剪力與層高之積。

解說:

建築物結構分析模式之模擬,要儘量反映實際的情形,如此獲得的內力才較 具正確性。

建築物各層樓版通常可假設為剛性樓版,如柱不與樓版相連時,應將其自由 度獨立,不隨剛性樓版運動。樓版較細長,或其傳遞的剪力大致使產生較大的剪 力變形時,應視樓版為柔性。

計及 P-△效應,會使得構材內力與結構變形增加,當 P-△效應顯著時,宜 從結構分析來處理此效應,通常係考慮幾何勁度矩陣,一般程式如 ETABS 就具 有此種功能。

上部結構梁柱接頭之剛域,地下室結構之外牆均要妥為模擬。基礎下面最好 根據垂直土壤反力係數加設虛層,筏基與樁基也要妥為計算其加在基礎層質心的 三個彈簧值。

2.14 意外扭矩

為計及質量分佈之不確定性,各層質心之位置應由計算所得之位置偏移與地 震力垂直方向尺度百分之五。易言之,應將地震力加在計算所得質心位置向左及 向右偏移與地震力垂直方向尺度百分之五的位置進行結構分析與設計。上述質心 偏移造成之扭矩,稱為意外扭矩。

建築物具扭轉不規則性時,各層施加之意外扭矩應以下列係數 Ax放大之:

2 max

2 .

1 



=

avg

Ax

δ

δ (2-20)

此處,

δmax為第 x 層最大位移。

δavg為第 x 層兩最外點位移之平均值。

A

x值不必大於 3.0。

解說:

考慮意外扭矩的目的,係計及質心位置的不確定性所引起的效應。如建築物 具扭轉不規則性時,在動力反應下,此種質量偏心造成的效應有被放大的可能,

因此以係數

A

x放大之。各層對應的

A

x可以不同,首先將各層地震力加在質心向 右 5%偏心距的位置,根據結構分析之位移,依(2.20)式即可算得各層的

A

x值。

其後將各層地震力加在質心向左 5%偏心距的位置,又可算得各層的

A

x值。

2.15 傾倒力矩

構造物之設計,應能抵禦地震引致之傾倒作用。樓層 x 須抵抗之傾倒力矩

M

x依下式計算:

( )

=

= ni x i i x

x

F h h

M

τ (2-21)

其中,Fi為其上各層依 2-11 節分配所得地震力,hi為第 i 層距基面之高度。

τ 為傾倒力矩折減因子,依表 2-10 定義。

設計地震力作用下,作用在基礎構造之土反力應依基礎-土壤介面的傾倒力 矩求取,作用在地下室各層之地震力(見 2-12 節)亦應計入,但地下室外之土壤反 力可以抵銷的部份可加以扣除。此外,對規則性建築物而言,屋頂層外加之集中 橫力 Ft可以不計。

解說:

地震力對建築物引起之傾倒力矩效應,均可在結構分析中反映出來。對基礎 構造之土反力而言,如建築物基礎下設虛層,可由虛柱的軸力推求。如筏基單獨 分析時,可將其上柱底的軸力、彎矩傳入,但在地梁上加設節點置放垂直向土壤 彈簧,如此就可正確求得土反力及地梁的內力。

表 2-10:傾倒力矩折減因子

n-x≤10

τ=1.0

10≤n-x≤20 τ=1.0-0.02(n-x-10)

n-x≥20

τ=0.8

2.16 層間相對側向位移與建築物之間隔

2.16.1 容許層間相對側向位移角

在地震力 4.5

IW

V

=

S

aD 作用下,每一樓層與其上、下鄰層之相對側向位移除以 層高,即所謂層間相對側向位移角應有所限制,其值不得超過 0.005。計算位移 時應計及平移與扭轉位移。

若能證明非結構構材能承受較大層間變位而不致產生影響生命安全之破壞 時,上述限制可酌予放寬。

計算位移時所施加的設計地震力,若基本振動週期係以結構力學方法計算,

所得 T 值不必受小於經驗公式週期值 1.4 倍的限制。此外,用途係數大於 1.0 之 建築物,亦可以 I=1.0 所得之地震力計算位移。

解說:

本規範建議檢核層間相對側向位移角的地震力以V = SaD4.5IW 為準,而建築物的 地震力分析係取(2-1)式與(2-16)式的大值進行,因此須將層間相對位移角調整至 地震力為SaD4.IW5 時,其值不得超過 0.005。

2.16.2 建築物之間隔

為避免地震時所引起的變形造成鄰棟建築物間的相互碰撞,建築物應自留設 設計地震力作用下產生位移乘以 0.6×1.4αy

R

a 倍。若設計地震力由(2-16)式控制 時,則應乘以 0.6×1.4αy

*

R 倍,其中

a

R 係以 F

a* u等於 2.5 的條件下,由 2.9 節的公 式計算所得之 Ra值。需要考慮 P-∆效應者,計算之位移應包括此效應。

解說:

設計地震力若由(2-1)式控制時,則在要對付的大地震發生時,即地表加速度 為 0.4SDS

Ig 時,其位移會放大 1.4

αy

R

a倍。設計地震力若由(2-16)式控制時,即

F

u 值超過 2.5 的建築物,在地表加速度為 0.4SDS

Ig 時,其韌性比會小於 R ,應由

a 2.9 節的公式,以

F =2.5 求得

u

R ,則其大地震時之位移為由(2-16)式算得之彈性

a*

位移乘以 1.4 倍。由於相鄰兩棟建築物反向運動,且最大位移同時發生的或然率 不高,因此乘以 0.6。

2.17 極限層剪力強度之檢核

為使建築物各層具有均勻之極限剪力強度,無顯著弱層存在,應依可信方法 計算各層之極限層剪力強度,不得有任一層強度與其設計層剪力的比值低於其上 層所得比值 80%者。若弱層之強度足以抵抗總剪力 V=SaD

IW 之地震力者,不在

此限。須檢核極限層剪力強度者,包括所有二層樓以上之建築物。

解說:

建築物相鄰各層之極限層剪力強度如相差不大,大地震時較易產生普遍性降 伏,共同消散地震能量。如有極限層剪力強度特別低的弱層存在的話,地震時容 易只在此層降伏,其他各層仍在彈性反應限度內,則此層構材的韌性容量易被用 盡而產生弱層崩塌。1990 年的菲律賓大地震及 1995 年的日本兵庫縣南部地震就 有許多此種破壞的例子,其他理論分析亦證實此種可能性,因此有檢核各層極限 層剪力強度的需要。

計算極限層剪力強度的方法沒有一定的限制,譬如建築物進行強柱弱梁等韌 性設計後,可求得各柱當其上、下梁端產生塑鉸時的柱剪力,將整層的此等柱剪 力相加,就可得該層的極限層剪力強度。

建築物構材斷面之選擇與配筋,有時並非地震力控制,此時若能檢核該層之 強度,足以抵抗總剪力 V=SaD

IW 之地震力時,表示遭遇地表加速度為 0.4S

DS

Ig

的大地震時,該層仍在彈性限度內,因此不會有弱層發生。

由於檢核各層極限層剪力強度有其必要性,故要求所有二層樓以上之建築物 均需進行極限層剪力強度之檢核。

2.18 垂直地震力

為提升建築物抵抗淺層地震之耐震能力,垂直地震力應做適當之考量。水平 懸臂構材與水平預力構材等尤其應就垂直地震效應做適當的考慮。垂直向之設計 加速度反應譜係數 SaD,V可藉由水平向之設計加速度反應譜係數 SaD定義為:

一般震區與台北盆地:

S

aD,V = 21

S

aD

近斷層區域:SaD,V =32

S

aD (2-22) 解說:

1994 年洛杉磯北嶺地震與 1995 年日本兵庫縣南部地震,由於斷層錯動在人 口稠密的陸地上,且震源深度淺,引致較大的垂直地表加速度,致使許多建築物

的破壞與此效應有關。本省西部苗栗、台中一帶以及嘉南地區,如其區域內斷層