第五章 超高層建築物結構耐震性能評估及探討案例
第一節 結論
本研究主要架構係針對高強度鋼筋混凝土應用在超高樓層建築 物之耐震性能探討，對於高強度鋼筋混凝土之力學行為如高強度混凝 土組成律、剪力行為等收集各方面之研究與實驗資料，透過單柱反覆 載重實驗驗證各構件之塑鉸特性，並以此驗證結果提出適用於高強度 鋼筋混凝土模擬方式，進行一棟超高層建築物案例分析，並參考日本 相關規範與台灣耐震設計規範擬定檢核機制。本研究亦將上述之高強 度鋼筋混凝土塑鉸計算、設定方式編寫一套適用於高強度鋼筋混凝土 耐震分析程式，以自動化方式銜接結構分析軟體，後續透過整體結構 物側推分析與簡化模式之非線性動力歷時分析檢核各項規定。茲將前 述各項工作所獲致之結果簡述如後：
一、 以一般鋼筋混凝土理論無法精確計算高強度鋼筋混凝土構件強 度
一般鋼筋混凝土理論係以一般強度之混凝土與鋼筋為基準所研 議，其設計基準係由為數眾多之試驗所得數據加以簡化而得，是否適 用於高強度鋼筋混凝土實有疑義。國內習以採用美國混凝土學會 ACI 或中國土木水利工程學會混凝土工程設計規範 (土木 401-96) 之相 關設計規範作為鋼筋混凝土構件強度之求算，但若欲將其使用於高強 度鋼筋混凝土構件強度者，其所得成果之精度有待確認。其中影響最 大的是一般強度鋼筋混凝土理論中有關混凝土等值應力塊之簡化計 算方式應如何修正乃能合乎高強度鋼筋混凝土之真正強度，目前雖有 學者進行相關研究，但仍未有定論。
本計畫蒐集多筆高強度鋼筋混凝土構件撓曲強度之試驗資料，並 以一般鋼筋混凝土理論進行分析與比對，發現以一般鋼筋混凝土理論 分析所得強度與實驗所得值之比值分佈於 0.76~1.31 之間，顯示以一 般鋼筋混凝土理論無法精確計算高強度鋼筋混凝土構件強度。
二、 高強度鋼筋混凝土構件撓曲行為以 New RC Model 所定義之混 凝土組成律可獲得較佳之分析結果
本研究根據以下二種高強度混凝土組成律：
(1) 由孫玉平(Sun Yuping)教授與崎野 健治(Sakino Kenji)教授所 研提之 New RC Model
(2) 由六車熙教授所提出之 Muguruma Model
並就日本相關單位所執行單柱反覆載重實驗的實驗數據，進行相 關比對。
結果顯示採用 Muguruma Model 所得高強度混凝土構材之撓曲強 度會有較為保守低估的情形產生，採用 New RC Model 所得高強度混 凝土構材之撓曲強度會與實際實驗成果較為趨近。
三、 高強度鋼筋混凝土構件剪力行為以青山博之所建議之計算式可 獲得較佳之分析結果
本研究根據以下三種模式計算高強度混凝土構材剪力強度：
(1) 中國土木水利工程學會混凝土工程設計規範(土木 401-96) 建 議之剪力強度
(2) 日本建築學會建議之剪力強度 (3) 青山博之教授建議之剪力強度
並就日本相關單位所執行單柱反覆載重實驗的實驗數據，進行相 關比對。
結果顯示採用中國土木水利工程學會混凝土工程設計規範(土木 401-96) 建議之剪力強度或日本建築學會建議之剪力強度較無法掌 握高強度混凝土構材之剪力強度變化情形，採用青山博之教授建議之
計算式所得高強度混凝土構材之剪力強度會與實際實驗成果較為趨 近。
四、 高強度鋼筋混凝土構件非線性行為－塑鉸設定為耐震性能檢核 所必需
本研究以孫玉平(Sun Yuping)教授與崎野 健治(Sakino Kenji)教授 所研提之 New RC 高強度混凝土組成律與青山博之教授建議之剪力 強度建議式，依據力平衡(Equilibrium)、材料組成律(Constitute Law) 與變形諧和(Compatibility)，求算高強度鋼筋混凝土構件之塑鉸特 性，作為側推分析與動力歷時分析依據。
分析結構並與日本相關單位所執行單柱反覆載重實驗的實驗數 據，進行比對。結果顯示本研究所設定的塑鉸特性可分別掌握到高強 度鋼筋混凝土構件之彈性行為、非彈性變形特性、降伏強度與極限強 度等特性，可有效掌握高強度鋼筋混凝土構件之耐震行為。
五、 SERCB for New RC 分析系統之開發有助於結構工程師從事高 強度鋼筋混凝土建築物耐震性能設計與檢核
本研究所開發之高強度鋼筋混凝土建築物耐震性能分析系統 SERCB for New RC，主要功用係以自動化流程從事高強度鋼筋混凝 土耐震性能分析工作。其基本功能包括：
(1) 梁、柱斷面軸力與彎矩交互曲線之建立，
(2) 斷面承受軸力下彎矩與曲率分析及塑鉸特性設定，
(3) 前處理之功能：包括將建築物各構材承受載重下之內力資料 從結構分析軟體中匯出。設定塑鉸特性後再匯入結構分析軟 體執行側推分析。
(4) 後處理之功能：可依據工址所屬震區之地震需求特性，進行 建築物耐震性能是否合乎需求之判定。
(5) 本系統提供自動化功能：包括支援文字交換檔、支援視窗介 面操作模式與支援批次化的操作功能。
(6) 本系統亦具良好的管理功能，包括分析資料檔案專案管理、
分析資料版本及狀態管理、輔助分析系統版本更新管理及協 同作業資料交換等。
SERCB for New RC 分析系統之開發有助於結構工程師從事高強 度鋼筋混凝土建築物耐震性能設計與檢核。
六、 建構高強度鋼筋混凝土超高層建築物側推分析與非線性動力歷 時分析之方法與流程，有助於結構工程師了解高強度鋼筋混凝 土建築物耐震性能設計與分析要項
本研究針對一棟六十層樓為分析對象，進行以下分析：
(1) 側推分析(Pushover Analysis)
依據本研究所建議各構材塑鉸設定之方式，分別設定個梁、
柱構材。續依據側推分析所得容量曲線(Capacity Curve)，轉 換為容量震譜(Capacity Spectrum)，再以改良式耐震能力評估 方法得到屋頂位移與地表加速度之曲線圖，顯現結構物自彈 性至塑性乃至極限狀態下對應之地表加速度，以探討多目標 地震下結構耐震性能如下：
1
Level
(中度地震)所對應之耐震能力為 0.06(g)，其各樓層之層間變位角皆低於 1/200；構件保持在彈性階段尚 未超出容許應力，
Level
1檢核均合乎規定。2
Level
(設計地震)所對應之耐震能力為 0.24(g)，其各樓層之層間變位角皆低於 1/100；構件與樓層塑性率尚未 超過規定值。其中，於側推過程中梁已達到降伏但柱仍 維持在彈性範圍，顯示「強柱弱梁」在此案例中可獲確 保。
3
Level
(最大考量地震)所對應之耐震能力為 0.32(g)，其最 大 地 表 加 速 度
PGA
=0.67(g
) 所 對 應 之 位 移 為 2.45(m)，求得最大耐震能力所對應之韌性為 2.53，尚未 超過整體韌性 4.8 之界線，且耐震能力大於 之地 震需求。3
Level
(2) 非線性動力歷時分析
首先彙整側推分析中各施力階段所得之樓層剪力與樓層相對 位移之關係，計算各樓層之樓層勁度，並配合 Takeda Model 設定其遲滯迴圈特性，將整體結構物簡化成 Stick Model，並 以 增 量 動 力 歷 時 分 析 法 (Incremental Dynamic Analysis, IDA) ，得到屋頂位移與地表加速度之曲線圖，顯現結構物自 彈性至塑性乃至極限狀態下對應之地表加速度，以探討多目 標地震下結構耐震性能如下：
將三筆原始地震紀錄所分析之結果以 進行檢核，
各樓層之層間變位角皆低於 1/200，均合乎規定。
1
Level
與設計反應譜相符之三筆地震紀錄所分析之結果以 進行檢核，在 RTAP014、RTAP088 地震歷時下各 樓層之層間變位角皆低於 1/100，RTAP089 地震歷時下 有少數樓層層間變位角超出 0.01，但其整體仍合乎檢核 標準。
2
Level
以增量分析法將人造地震由 0.05(g)增量至 0.7(g)，後續 求得所對應之降伏點，動力分析求得之最大地表加速度 為 0.7(g)位移為 3.22(m)，經由降伏點計算其韌性為 2.33 尚未超過整體結構物韌性 4.8 之界線，其耐震能力仍大 於耐震需求
PGA
=0.32(g
)。第二節 建議