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耐震性能設計架構與流程

第二章 板樁式碼頭設計流程之建立

2.2 耐震性能設計架構與流程

結構物的耐震性能,是指其在各級地震作用下所產生的狀態,以 及這些狀態所造成的影響或後果,包括安全性、服務性、修復性等。

耐震性能設計法即是以控制結構耐震性能為標的,以符合相關安全 性、服務性與修復性等需求之耐震設計方法。該方法之基本理念主要 包括:結構物於不同等級地震危害下之耐震設計目標直觀透明;設計 由目標導向出發;強調結構物在強大地震作用下之非線性變形行為;

注重結構物整體系統、結構構材和非結構構材以及附屬設備在整個生 命週期各階段之耐震性能;確保結構物滿足設計目標具有滿意的可靠 度或可接受震害之風險。本研究第二期計畫之耐震性能設計法的設計 流程內容如圖2.1 所示。上述整體耐震性能設計流程之內容詳細說明如 下。

依業主對構造物的建造目的選擇性能要求

對應性能等級之定性劃分與定量表達。

本研究第一期計畫已針對碼頭之耐震設計性能要求作探討,研 究日本港灣設施技術上基準同解說[21]與國際航海協會港灣構造物 設計規範[8]之性能要求的訂立方式及理念,並與國內「港灣構造物 設計基準」之耐震設計要求作差異性討論,以提出適合國內設計實 務的耐震性能設計要求,如表 2-1;工程師可依據環境條件與業主 對功能之要求來選擇合適的碼頭等級,再依據該等級碼頭所對應之 性能要求進行設計、分析與檢核。

表 2-1 本研究建議之各等級碼頭所對應的耐震性能要求 性能等級

地震等級 第Ⅰ級 第Ⅱ級 第Ⅲ級 第Ⅳ級

等級I (50 年回歸期地震)

A 級

B 級 C 級 等級II

(475 年回歸期地震) 特定級 A 級 B 級 C 級 等級III

(2500 年回歸期地震) 特定級 A 級 B 級

本研究所提之碼頭耐震性能要求中,地震等級之建議更以港灣 技術研究中心過去對各港區的地震危害度曲線分析結果進行研 究,並參考國外規範訂定之地震等級,提出適合國內碼頭設計的地 震等級修正建議;另外,亦針對國內「公共工程性能設計準則」[29]

三等級設計地震力的要求,探討在不同性能要求下各地震等級所應 對應的性能等級,以滿足國內工程設計環境。以下將就性能要求中 之碼頭重要度分類、地震力等級、性能等級做進一步說明。

(1)重要度分類:

為維持業主及工程師既有的設計習慣,本研究建議採用國 內現行規範4 種重要度等級碼頭分類,依序為「特定級、A 級、

B 級與 C 級」,其分類內容如表 2-2。

表 2-2 各重要度等級之碼頭特性

(3)性能等級:

本研究第一期計畫中依各國性能規範之慣例,從構造物之

「使用性」、「修復性」、「安全性」三方面考量,並參考國 內現行「港灣構造物設計基準」之性能等級定義,建議國內港 灣碼頭耐震性能設計之性能等級。由於國內碼頭結構設計之重 要度分類為 4 種(特定、A 級、B 級、C 級),此與國際規範相同;

再者,「公共工程性能設計準則」中亦說明,耐震性能設計的 基本概念主要是採用構造物的非線性行為分析進行設計,故應 將「用途係數」轉換於耐震性能等級的要求上面,而非用於設 計地震力的放大;因此欲區分 4 種不同重要度構造物之性能等 級,即須具有 4 等級性能等級之制定,如表 2-4。

表 2-4 耐震性能等級定性規定之建議

損壞等級 使用性 修復性 安全性

第Ⅰ等級 功能正常 不需修復 結構保持彈性

第Ⅱ等級 短期功能喪失 可快速修復 損壞輕微

第Ⅲ等級 長期功能喪失 修復非常困難 結構不倒以維持生命安全 (未超過韌性容量) 第Ⅳ等級 無法恢復營運 須拆除重建 結構崩塌

(超過韌性容量)