既有構造物遭受震損後，首先需確認其所需要的是局部構件修復或是整 體結構補強。若震後梁、柱等主結構並未發生斷裂、大片混凝土剝落或鋼筋 裸露等嚴重破壞，僅產生少數的裂縫，則可採用適當的構材修復工法進行構 件裂縫的修復。惟採用修復工法之構件至多只能回復至其原有桿件之強度，
無法提升建築物的整體耐震能力ʖ因此，當下次地震再次來襲時，仍可能發 生破壞。然而，若結構在地震後產生嚴重的剪力裂縫或構材斷裂時，則應考 慮進行結構補強而非僅進行修復而已。結構補強可分為局部構件補強及整體 結構的耐震能力補強，一般而言，結構進行補強設計時應先考慮整體結構耐 震能力之提升，並針對耐震能力不足的構材進行局部的補強。
2-1 耐震補強設計原則
根據地震對結構所造成之破壞機制可以得知，提昇現有建物耐震能力的 方法，必須針對結構進行「強度」與「韌性」的補強才足以提升整體結構的 耐震能力。而目前許多的補強案例中，設計者往往僅針對梁、柱構材進行包 覆鋼板或碳纖維的補強方式，殊不知此類補強方式並無法實質提升結構的整 體耐震性能。此外，也有設計者會採用高勁度之剪力牆、鋼斜撐框構架等方 式進行補強，此一方式雖能增加整體建築物耐震能力，但需注意二側邊構材 及基礎的檢核，若邊界柱與基礎之承載能力不足，仍需有適當的配套補強措 施，否則仍可能發生局部破壞而影響到結構的整體耐震性能。現行之結構補 強方式中，以採用消能阻尼器之制震結構補強法，在設計邏輯可靠度與施工 方便性等考良上都是最具優勢的方式。
不同於傳統的強度設計法，消能減震設計概念係考慮在結構內部裝設消 能阻尼器以消散地震傳入結構之能量，因此，在相當程度上可能會影響到結
構內部的空間規劃與設計，此部分需與建築師進行溝通，使得在進行結構減 震設計時可兼顧結構之空間規劃與防震需求。儘管如此，有關消能器之安裝 配置仍有一些原則性的要求須遵守，茲歸納如下：
(a) 由下而上配置
依照地震力之傳遞路徑，愈底層之結構承受之剪力愈大，因此阻尼器之 配置應優先考慮結構地面層，以發揮最有效的減震效能，若結構地面層未裝 阻尼器，反而會造成軟弱層之不良影響。
(b) 立面連續配置
在結構立面方面，消能元件安裝須作連續性之安排，不宜於局部樓層跳 空裝設，以避免因力量傳遞不連續而造成局部樓層有形成軟弱層之虞，反而 不利結構安全。
(c) 平面對稱配置
消能元件之安裝位置在結構平面上應儘可能作對稱性之安排，以避免勁 度分配失衡而導致額外之扭轉現象。此外，應盡量朝結構外圍配置，使消能 器可以大幅降低結構之扭轉效應，若原結構平面之勁度配置不理想時，亦可 透過加勁型消能器之安裝以平衡其扭轉效應，降低結構之受震反應。
2-2 局部構件補強法
2-2-1 鋼鈑包覆補強工法 (1) 柱鋼鈑圍束補強設計方法
基本上要提升柱之有效圍束應力，吾人可透過在原來的柱構件外圍包覆 鋼鈑，內部再灌注環氧樹脂來增加矩形柱之圍束力。假設矩形柱依規範【11】
規定之總箍筋量為
( )
Ash code，其圍束應力fL與有效圍束應力fL'可計算如下：c yh sh
L sh
f
f = A (2.1)
L e
L K f
f' = (2.2)
其中 fyh為箍筋之降伏強度，s 為箍筋間距，
h
c為外緣圍束箍筋在所考慮 方向心至心之距離，K
e為圍束有效係數，矩形柱取0.75。現有柱之有效圍束 應力亦可以依實際配置的箍筋量，仿照上述方法計算之，其不足之量為∆fL'。 若矩形柱四周包覆鋼鈑來增加圍束時，則鋼鈑產生之有效圍束應力可計算如 下：B f K t
fts es 21 ys
′ = (2.3)
其中Kes =0.75仍為圍束有效係數，t1為鋼鈑厚度，fys為鋼鈑降伏強度，B為 與柱剪力方向垂直之柱寛。令 fts′ =∆fL'，則可求得t1：
ys es
L
f K
f t B
2
' 1
= ∆ (2.4)
矩形柱之邊長較大時，中間部份之鋼鈑宜以植筋螺栓加以拉住，以增加 圍束作用，四個周落也要切角。此外，加鋼鈑圍束後，保護層不再剝落，鋼 筋不易挫屈，使得韌性更容易發揮。
包覆鋼鈑後柱構件增加之剪力強度Vsp可計算如下：
D tf
Vsp =2 ys (2.5)
其中，t 為鋼板的厚度，fys為鋼鈑降伏強度；D為沿剪力方向之柱深。
(2) 構材撓曲補強
如同一般的 RC 設計方法，鋼鈑撓曲補強亦可分成工作應力法與極限應 力法作分析與設計。國內近年大多採用極限應力設計法，計算所得之鋼鈑厚 度之上限值取決於接合面剪應力，因此，若採取較厚斷面鋼鈑進行補強時，
需注意接合面的剪應力值，以免造成鋼鈑尚未達到降伏強度即產生剝離之現 象。以工作應力法設計時，只要檢核工作載重下原斷面之混凝土、鋼筋、接 合面剪力及補強鋼鈑之應力均於容許應力範圍內，故較適用於樓版或梁之正 彎矩補強。
一般而言，在 RC 構材的局部補強工法中，以鋼鈑補強最常被採用。依 以往相關的實務經驗中可歸納出下列數點結論：
1. 撓曲補強鋼鈑之設計可考慮以現行 RC 主筋計算方式。
2. 補強鋼鈑藉膠結材料之作用使鋼鈑與 RC 梁結為一體，但達降伏後鋼鈑 呈剝離狀態(peeling)而破壞。
3. 梁側面以環氧樹脂(EPOXY)補強僅能抑制初期剪力裂縫，對極限剪力貢 獻極少。
4. 撓曲補強鋼鈑輔以帶狀環箍補強，其圍束作用及箍筋作用可提高其極限 剪力。
5. 柱鋼鈑補強有助於圍束作用之提升，並提高其韌性，但除非在柱上下端 鋼鈑有特殊之處理，否則無法提昇軸向力。
6. 鋼鈑在與構材膠結端點之不連續端往往有高量剝離之應力(peeling stress) 存在，必須有效控制。
7. 鋼鈑補強工法在實際上適合梁正彎矩部分之補強，負彎矩補強則難以實 施，藉端部錨定式設計之方法則尚待確認。
8. 鋼鈑補強設計應考慮其剛度提高可能造成之影響。
2-2-2 碳纖維複合材料補強工法
利用碳纖維複合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP)圍束於柱外 部，當柱受軸壓力作用時會產生膨脹變形進而造成 CFRP 產生圍束應力(圖 2.1)，因而可提昇混凝土抗壓強度。
圍束應力fL與有效圍束應力 fL'計算如下：
θ sin2
5 .
0 ⋅ ⋅
= cf cf
L p f
f (2.6)
L e
L K f
f '= ⋅ (2.7)
其中，fcf為圍束應力，θ為 CFRP 與柱主軸之夾角，圓形斷面
K
e=0.95，矩 形斷面K
e=0.75，矩形斷面K
e=0.5(若長邊/短邊＜1.5 時 )，pcf =Ecf ⋅εcf 。D
CFRP圍束補強
fcf fcf
fL'
圖 2.1 柱圍束力分佈圖
由Richart, Brandtzaeg & Brown【23】所建立的混凝土圍壓 fL'與抗壓強度關係 式為：
' '
' c c
cc f f
f = +∆ (2.8a)
1 '
. 4 '
' c L
cc f f
f = + (2.8b)
上式即表明柱之抗壓強度與圍束壓力有密切關係。碳纖維圍束補強與上 述狀況類似，但其圍壓係因混凝土抗壓之側向擴張變形所引致之被動側壓，
其關係式經實驗結果修正為
' '
' (2 0.25 )
' c L L
cc f f f
f = + + (2.9)
理論上與柱設計之柱箍筋有類似的效果。因此，補強之碳纖維厚度亦可 由規範之柱箍筋計算公式轉換而得。依照日本「既存鋼筋混凝土造建築物之 耐震改修設計指針」之建議柱以碳纖維韌性補強，其柱斷面極限剪力中將式 (2.12)之剪力鋼筋斷面積比ρ 與鋼筋降伏強度w2 σwy2直接由碳纖維斷面積比與
( )
計算補強後斷面之標稱強度 (1) 選取 CFRP 設計參數
tcf為CFRP 單層厚度，n 為 CFRP 層數，bcf為CFRP 單片寬，Ecf為CFRP 彈性模數，εcu為CFRP 極限應變。
(2) 計算標稱彎矩強度
斷面補強後之斷面應力–應變與力平衡圖詳圖 2.3。
b As' c
As
a C
d'
d
s Cc
Ts
TC F
h
εCF
CFRP
εs≧εy
εcu εy
圖 2.3 補強後斷面應力 – 應變與力平衡圖
cf cf cs
u M M
M =φ +φ ，φ =0.9，φcf =0.75 003
.
=0
εcu ，εcf =0.012(無錨碇或脫層破壞時) 1.先求中性軸CC +CS =TSÆ得 a0
2.為保守計，以補強前之中性軸求碳纖維之補強厚度
(
u CS) (
cf cf cf(
o 2) )
cf M M b E h a
t > −φ φ × × ×ε × −
3.由 tcf值計算Ts，再代入CS +CC =TS +Tcf 求新的中性軸位置a 4.斷面設計彎矩強度Md =φ⋅Ts
(
d-a 2)
+φcf ⋅Tcf(
h-a 2)
5.延伸長度須補強至梁(版)邊
6.錨碇方式－以CFRP貼片取代錨碇
CFRP 貼片補強，以增 加梁剪力強度
整理上述各節說明可得碳纖維貼片補強設計流程圖，詳如圖2.4 所示。
圖 2.4 碳纖維貼片補強設計步驟流程圖 (3) 計算標稱剪力強 度
以 CFRP 貼片補強為例，參考圖 2.5【29】。
圖 2.5 CFRP 貼片補強
計算補強前斷面設計彎矩M 與設計剪力d V d 選擇 CFRP 系列規格及補強數量
採擴大斷面或其他改進措施 彎矩Md ≥Mu
且剪力Vd≥Vu 完成補強設
計 計算原構件斷面標稱彎矩M 與設計剪力no V no
計算補強前斷面設計彎矩M 與設計剪力u V u
彎矩ϕMno ≥Mu
且剪力ϕVno≥Vu 不需補強
cf
5. 因碳纖維貼片耐久性差，顧及美觀上需求，故應於完成碳纖維貼片後之
v α,
ψ =剪力方向之修正因子
=1.0，若 0°≤αv ≤ 55°
=
v
v α
α 0.5sin cos
1
+ ，若55°≤αv ≤ 90°
=2.0，若 90°≤αv ≤ 180°
v
ψucr, =混凝土強度之修正因子
=1.0 ，若在表面有裂縫之混凝土其邊緣無加勁或未含箍筋
=1.2 ，若在表面有裂縫之混凝土其邊緣加勁
=1.4 ，若在表面無裂縫之混凝土其邊緣加勁或含有箍筋
Hilti 設計公式大部份之內容與 ACI 318 設計公式大多相同，但多考慮了剪力 方向的修正因子（圖2.10），在其他設計公式還未見到。
圖 2.6 Hilti 錨栓受剪力時混凝土應力錐投影面積
圖 2.7 受剪力作用時錨栓邊距不足對混凝土應力錐投影面積之影響
圖 2.8 受剪力作用時錨栓間距不足對混凝土應力錐投影面積之影響
圖 2.9 受剪力作用時錨栓混凝土厚度不足對混凝土應力錐投影面積之影響
圖 2.10 錨栓受不同角度剪力之示意圖（依喜得釘技術手冊重製）
2
b2：補強後柱之寬度(cm) d2：補強後柱之有效深度(cm) Qd：原有柱之設計剪力強度<
d2
Q M
d ⋅ 小於1 時取 1；大於 3 時取 3
1
FC ：原有柱混凝土之抗壓強度(kg/cm2)
b b
g d g d
2
2 2
柱原斷面
補強部份
圖 2.11 柱構材補強後之斷面
2-3 整體結構耐震補強法
當結構抵抗地震水平橫力之能力不足時，須加設抵抗水平橫力之構材來 改變結構系統的動力特性及力量傳遞路徑。以下將介紹目前業界在新建或補 強工法中，用來改善結構整體耐震能力所常見的方式。