台灣位於環太平洋地震帶，因菲律賓海板塊不斷擠壓歐亞大陸板 塊，台灣每年平均有超過四千個大小不同的地震，其中有感地震達到 二百餘個。民國 88 年 9 月 21 日集集發生規模 7.3 之強震，造成兩千 多人死亡，數萬人受傷，以及數以萬計的房屋結構及橋梁倒塌或毀 損，災情之慘重令人怵目驚心。強震所引致之交通電訊中斷，設施功 能癱瘓，以及經濟停頓、市場流失等長期經濟損失更是難以估計;加 上數萬災民的民生問題，以及學童就學、災後重建等問題，這些都必 須付出很大之社會成本，造成國家整體競爭力衰退，嚴重衝擊國家社 會發展。
「韌性設計」允許結構在強震時產生局部破壞，並利用結構物之 構件強度、勁度與塑性變形來抵抗地震力，以及消弭地震傳入結構之 能量，確保結構物在強震下不至倒塌。惟其目的是以結構構件作為消 能元件，前提是破壞模式須為彎矩破壞，且有足夠之韌性才行。然而 衡諸震害災情，結構設計上所期望之梁端塑性破壞模式從未發生。對 鋼結構而言，鋼材本身雖具有良好之韌性，然而其最大問題在於斜撐 的過早挫屈以及梁柱接頭的破壞。斜撐過早產生挫屈會使結構側向勁 度頓減，導致結構變形過大；梁柱接頭之設計不當或施工不良，塑性 角往往會提早破壞，整體構架之韌性便大打折扣。對鋼筋混凝土結構
而言，增加箍筋用量固可提升結構之韌性，惟此舉容易增加施工與澆 置混凝土的困難，尤其是梁柱接頭的部份，加上樓板對梁的加勁作用 使其無法產生塑角，因此整體結構之韌性往往不如原先之期望。儘管 建築結構採用「強柱弱梁」之設計構想，俾形成較有利之破壞機制，
實際上卻因樓板的加勁作用或短柱效應，反成「弱柱強梁」之勢，結 構的韌性往往未能充分發揮。有鑑於此，耐震設計必須朝更為積極之
「功能設計」方向去思考，「結構控制」觀念的應用便提供了這樣的 可能性。「結構控制」設計係在建築結構體中設置制震裝置，以期在 地震時吸收能量，與結構構件共同承擔地震力，使結構振動反應減 小，提升結構之耐震安全性。
國內在經歷 921 集集大地震後，除了提高結構設計地震之標準 外，大眾對於住宅以及校舍的耐震安全也更為重視。為確保建築結構 於地震下之安全性，防震系統幾已成為新建结構之基本配備。因應市 場趨勢與消費者需求，各種創新之建築隔震與消能裝置─包括基礎隔 震、消能減震及主動/半主動控制系統便如雨後春筍般相繼研發出 來，惟現存之消能隔(減)震系統，在實際應用上仍存在建築相容性 (Compatibility) 、可靠度 (Realiability) 及價格過高 (Over-Pricing) 等問 題，因此研發經濟有效(Cost-Effective)的建築抗震系統仍有必要。
隨著防震觀念的提升，國內新開發之建案多已將制震系統納入設 計考量中。阻尼器可透過對角斜撐、X 型斜撐、V 字型斜撐、倒 V 字 型斜撐或壁式等不同之型式與結構結合。惟斜撐式阻尼器的配置方式 需佔用較大的空間而影響建築使用之動線與視覺/景觀，一般而言較 適用於廠房結構，對於住宅建築仍有相容性的問題。
2.可靠度(Realiability)問題：
一棟建築物的使用年限至少長達五十年之久，如何確保隔震或制 震消能系統在長期使用後，其材料或性能仍如設計之初，至為關鍵。
舉例來說，基礎隔震系統存在著施工不確定性和材料不確定性之疑 慮，施工不確定性之來源包括定位的精準度、施工程序等，材料不確 定性來自長期的高壓載重及老化等因素。這些因素會不會影響隔震支 承的完整性，恐怕不是吾人一廂情願就能高枕無憂的。長期的維護，
無疑是住戶的沉重負擔；隔震支承的更新，更談何容易！再則，由於 各組隔震支承所承擔的載重都不一樣，長時間之潛變將導致不規則沉 陷，其對於隔震建築的耐震表現以及結構安全的影響，至今尚無相關 之研究，目前只能針對現有之隔震建築進行長期觀察了。國內有關隔 震建築之設計規範是依據內政部營建署公佈之「建築物耐震設計規範 及解說」【1】第九章 隔震建築物設計，其中 9.5 節有關隔震元件之 試驗方法係參考 AASHTO 橋梁支承之測試規範而來。惟橋梁支承的
測試條件與實際狀況差別不大，因此其測試結果有足夠之代表性；建 築結構比起橋梁要複雜得多，且建築隔震支承之行為無法完全於橋梁 支承的測試方法中反映出來，過度簡化問題的結果，相對也增加了隔 震建築的不確定性與風險。再者，「建築物耐震設計規範及解說」9.2 節之相關設計條文係假設隔震建築為剛體。但無論隔震效果多好，事 實上建築物之上部結構都不可能為剛體，因此相關設計條文僅能作為 初步分析之用，無法精確預測出隔震系統之受力情形，故即便照章完 成設計，仍不能確保隔震支承符合實際需求。另一方面，用於消能減 震之液流型阻尼器長期使用，存在油封老化漏油的疑慮，因此須長期 之維護。此外，阻尼器安裝定位之精準度要求極高，土木工程因容許 公差較大，阻尼器現場安裝之精度不易掌控，勢將損及消能減震之效 果。此外，液流阻尼器之性能會受溫度影響，溫度升高時將降低流體 或高分子化合物的黏滯性，進而降低其消能效果。
3.價格過高(Over-Pricing)問題：
國內目前引進的制震消能系統普遍存在價格過高的問題，建商往 往因成本考量僅選擇安裝在局部樓層，因而難以發揮減震效果。開發 有效且具價格競爭力之消能器乃當務之急。
有鑑於此，本研究遂提出新式之摩擦型阻尼器。摩擦阻尼器構造
既有結構之耐震補強。摩擦阻尼器之出力大小取決於摩擦介面之正向 力大小，故設計上易於調整。此外，摩擦阻尼器的性能不受溫度影響，
且免維護，具長期使用之優勢。
摩擦阻尼器的原理，係透過摩擦介面之摩擦力在相對滑移過程中 做負功而消散地震能量。摩擦阻尼器最早是由 Pall【2~5】等人提出，
利用 X 型斜撐與結構接合，如圖 1.1 所示；摩擦阻尼器亦可採對角或 V 字型斜撐與結構接合，如圖 1.2 所示。凡採用此種概念設計之摩擦 阻尼器，通稱為 Pall Friction Damper（PFD）。Soong, T. T. and Dargush
【6】提出 X 型摩擦阻尼斜撐之三線性力學模型，如圖 1.3 所示。該 模型係依據 X 型摩擦阻尼斜撐試驗所得之遲滯迴圈特性所建立，該 研究考慮之栓接型摩擦阻尼元件如圖 1.4 所示，他們考慮了不同的介 面處理方式(噴砂、聚乙烯塗層、鍍鋅塗層、氧化鐵層)及摩擦材(來令 片、鋼材)，其遲滯迴圈如圖 1.5 所示。試驗結果顯示，除煞車來令片 和聚乙烯塗層之遲滯迴圈較符合庫侖機制外，以其餘方式處理之元件 皆有性能衰減之虞，且其摩擦力皆很小，恐難以滿足工程實務應用之 需求。
Wu【7】等人針對 Pall Friction Damper 進行改良設計，主要是以 T 型芯板取代(圖 1.6)十字型芯板，目的在簡化組裝工作。採用此一組 裝方式時，須使用二片 T 型芯板平行對鎖方可得到與單片十字型板相
同之出力。該研究於模擬分析時，考慮了結構框架與斜撐變形時之非 線性行為，並利用有限元素軟體 ANSYS 進行分析比對。此外，其試 驗結果顯示，摩擦阻尼器之出力與位移關係曲線(圖 1.7）呈現出力大 小隨位移增大而改變之情況，摩擦力並非定值。因此嚴格來說，其力 學行為並不能以庫侖摩擦機制來預測或近似。
國外已有摩擦阻尼器之應用實例，如 Malhotra【8】等人針對加 拿大渥太華之 St. Vincent Hospital(圖 1.8)安裝摩擦阻尼器之研究。該 醫療大樓總共有五層，其中第五層為增建之樓層。由於動力分析結果 顯示其不符合耐震設計法規之要求，因此安裝了 183 組摩擦阻尼器 (PFD)作為補強之用。每組 PFD 之出力為 30tf，ETABS 非線性歷時分 析所得之遲滯迴圈如圖 1.9 所示。另由其地震能量輸入消散及(圖 1.10) 之累積結果亦充分顯示，摩擦阻尼器可有效消散地震能量。Chandra
【9】等人採用 PFD 作為印度南方一棟十八層樓之 La Gardenia Towers 公寓建築之防震設計(圖 1.11)，該案例共安裝 66 組 PFD，每組 PFD 之出力上限為 70 tf，其目的在減少混凝土結構之韌性需求，使結構能 於地震下保持在彈性範圍，避免構件之破壞。根據其 ETABS 非線性 動力歷時分析結果顯示，安裝摩擦阻尼器後，頂樓位移的折減率可達 63%以上，總計有 40%的地震輸入能量係由摩擦阻尼器所消散掉。Soli
Center (ACC)之防震設計(圖 1.12)，目的在確保地震時相關醫療工作 (如手術)之順利進行。根據其非線性動力歷時分析結果顯示，該結構 中配置之 22 組摩擦阻尼器(設計出力介於 45 tf 至 150 tf 之間)，可達 成大地震時低樓層無破壞發生，且地震結束後亦無永久位移產生之功 能設計目標。此外，歷時分析結果亦顯示，地震結束後摩擦阻尼器可 順利歸位。
由於習用摩擦阻尼器之摩擦係數均不大，若欲產生較大之摩擦 力，需於摩擦介面施加極大的正向力。盧【11~12】研製軸向型摩擦 阻尼器（圖 1.13），利用楔型機構放大摩擦介面之正向力，以提高摩 擦力。該阻尼器內含一組楔型塊，可透過調整楔型塊兩側彈片之預壓 力而改變阻尼器出力。此外，該研究考慮了黃銅、來令片及尼龍等摩 擦介面材料，試驗結果顯示，利用楔型機構可將黃銅之等效摩擦係數 μ由 0.18 提升至 0.29；來令片由 0.08 提升至 0.15；尼龍則由 0.11 提 升至 0.17。惟所有條件下，摩擦係數都未能超過 0.3。
一般而言，習用之摩擦阻尼器摩擦材皆採用質地較堅硬的金屬，
一般而言，習用之摩擦阻尼器摩擦材皆採用質地較堅硬的金屬，