1.1 研究動機與目的
台灣地區位處太平洋板塊與歐亞板塊交界之地震帶上，由於板塊的擠 壓使得台灣平均每年發生之地震達千次之多，有感地震超過百次。地震在 台灣地區造成人命傷亡及財產損失，其威脅實不容忽視，惟目前人類仍無 法有效預測地震發生的時間及地點，所以我們只能加強建築物耐震能力，
以確保生命財產的安全。
傳統的房屋耐震設計係以「韌性設計」為基礎，在考量安全與經濟的 平衡下使結構構件在強震時產生塑鉸角以吸收地震能量，而避免結構瞬間 之崩塌。韌性設計的前提是結構桿件必須為彎矩破壞，不能發生如剪力破 壞或挫屈等脆性之破壞型式。對鋼筋混凝土結構而言，提高箍筋量固可增 加桿件之韌性，惟箍筋太密時施作不易，且澆置混凝土也有困難，因此導 致桿件實際之韌性低於設計時的要求。對鋼結構而言，雖然鋼材本身具有 良好的韌性，但在梁柱接頭之設計或施工不當時會使得整體結構之韌性不 如設計時優良。此外，對於重要性高，必須隨時維持正常運作的建築而言，
韌性設計並無法滿足其功能上之要求。事實證明，即使美、日等目前在地 震工程發展最先進的國家，遇強震時亦不能倖免於難。集集地震我國受到 前所未有的重創，雖然多數傾倒的房屋為不符合耐震要求之土造或磚造建 築，但採韌性設計之鋼筋混凝土建物倒塌者亦不乏實例，顯然韌性設計並 不如預期理想。
除地震以外，風力亦是大自然考驗結構安全之另一挑戰。台灣每年夏 天均會受到數個威力強大的颱風侵襲，因此高層建築之抗風設計亦必須特 別加以考量。結構物受風力作用時之行為非常複雜，一般而言，結構自然 振動週期較長或是形狀特殊受風面積大者，對於風力作用特別敏感，其設
計時往往是由風力控制而非地震力。結構之抗風設計與抗震設計之理念不 盡相同，尤其是超高層大樓其設計參數往往必須經由風洞試驗求得。由於 大地震發生頻率較低、歷時短且搖動劇烈，其設計主要考量結構之安全，
較不考慮舒適性的問題；而結構抗風設計除了安全上的考量外，舒適性亦 是設計考量的關鍵項目。為減少結構受風力產生過大的變位，傳統的設計 方法是以加大桿件之斷面或採用斜撐等方式增加結構之勁度來解決。在考 量風力效應之影響上，增加勁度固然對於位移的控制有其作用，但對加速 度的控制則不見得有利。然而加速度其實才是決定人們舒適度的主要指 標，因此，減少結構之加速度反應亦是高層建築設計時的重要問題。提高 結構阻尼或增加結構之重量可減少結構受風力時之加速度，惟增加結構重 量實際上並不可行，因為在樓板上增加過大重量會使樑柱負擔過大而必須 加大尺寸，不但不經濟且減少使用空間，更不利於抗震。因此，增加結構 之阻尼即成為結構抗風設計之主要解決方法。
地震工程研究在近十餘年來有突破性之發展，隨著材料技術進步，各 式隔震、消能制震裝置及主動控制系統【7】概念相繼提出。其中被動式 的基礎隔震或消能制震之概念已逐漸為工程師所接受。所謂被動控制即應 用控制系統本身巧思的設計和材料的特性來降低結構物受擾動時的反 應，其控制力由結構本身運動變形所被動產生，控制過程中無須對結構輸 入能量。
有鑒於一般建築業者在從事產品規劃時，除了講究造型、建材、景觀、
燈光等塑造高品質外觀，對結構安全之內涵也列為重要考量因素，尤其高 價產品（豪宅）更強調制震設計，似乎已是提高附加價值不可或缺的賣點。
本文研究之目的主要針對制震設計對房屋建築所產生之安全及經濟效益 進行探討，以實際個案進行分析，藉由結構動力分析結果比較鋼筋配筋量 之不同，由造價成本的觀念檢討制震建築的優點，讓一般非結構專業者，
對於制震設計能有一基本的認識，也讓潛在決策者對制震設計有更具體的 了解。
1.2 文獻回顧
提升結構物抗震能力有各種不同的方法，包括基礎隔震、消能減震及 主動控制系統。其中，被動式的基礎隔震、消能減震系統因無需額外提供 驅動力，設計簡單，行為容易掌控且可靠，已被廣泛應用【8-9】。近年來 有關加勁阻尼器的研究【20-28】結果，均証實其為十分有效之消能元件，
其主要作用為消散地震傳入結構之能量以確保結構之安全。簡言之，此種 吸能元件係利用金屬降伏後的非彈性變形來消散地震能量，因此，可同時 提升結構之阻尼及勁度，進而提升結構物之耐震能力。加勁阻尼器係由金 屬板所製成，其種類相當多，但依外觀之形狀大致可分為X型及三角型兩 種。最早利用金屬板當做消能材料係由Skinner【18】提出，當時金屬板的 設計形狀是矩形，鋼板兩端固定，當受力時端點先降伏中間部分尚未降 伏，整塊矩形鋼板無法同ㄧ時間達到降伏，所以在材料利用上是較浪費的 設計方式。之後X型金屬板由School【17】提出，可使消能器在受力時整 片鋼板同時達到降伏。在實用過程中發現早期所提出之加勁阻尼器無論X 型或是三角型在設計上仍有很多改良空間，而衍生出其它的組構方式
【19】。另有關黏彈性阻尼器【29】過去大多應用於高樓抗風設計，近年 來才被考慮用於結構抗震之研究。
1.3 研究內容
本研究旨在探討加裝金屬降伏阻尼器及 VE 阻尼器之制震結構的實質 工程及經濟效益。利用現行商業軟體 ETABS【4-5】為工具，以國內現行 耐震規範為基礎，在相同的地震力作用下，分析消能制震 RC 結構與傳統 韌性 RC 結構的受力行為，以及所須配筋量之差異。第一章說明研究動機 與目的，同時亦針對所蒐集到的消能制震相關文獻進行回顧。第二章主要 就國內歷經 921 大地震前後耐震設計規範之比較，卽民國 86 年（含以前）
版本【1】與 94 年版本【3】之差異。第三章將針對制震阻尼器之力學原 理與實務應用加以探討，先就目前業界常用之各類阻尼器介紹，再就本文 所要探討之金屬降伏阻尼器及 VE 阻尼器之力學原理作一完整說明，並對 該兩種阻尼器在工程實務上之安裝原則加以說明。第四章將研究加裝金屬 降伏阻尼結構及 VE 阻尼結構與傳統韌性結構之耐震能力評估，以實際案 例進行設計並探討其耐震潛能之差異。第五章就消能制震結構與傳統韌性 結構之成本效益進行評比，在相同地震力作用下鋼筋量的差異，相對成本 分析，最後產品產生的銷售效益。第六章本研究之結論與建議。