第七章 補強設計範例(二):住商混合大樓
第三節 耐震補強方案 一、補強方案一：增設位移型消能斜撐
【規劃概要說明】
耐震能力不足原因探討
本建物控制耐震能力主要因素為 (1) 底層為挑高柱，使變形集中於底部及引起 底層柱較大之內力，(2)整體結構平力面不規則，各構架之受力相當不均勻，如圖 7.6之振態平面位移圖所示，結構X 向第一振態有明顯之扭轉現象，(3) 綜合前兩因 素，造成於座標線Line-5 靠電梯間之邊柱於性能點下因軸拉壓力過大，達塑鉸之限 定值後使程式無法收斂，造成側推分析之位移與強度無法再增加。
第七章 補強設計範例(二):住商混合大樓
X 方向補強
1. 根據前述耐震缺點，本方案主要目標是採系統補強、提升底層結構強度與改善結 構不規則之補強方法，為不影響整體空間之運作及使用，研擬於座標線Line-1(圖說
參見附錄 D)之 X 向底層之挑高柱處兩跨間先於夾層處增設一鋼梁及於四週增設傳
力鋼框構架，及加設位移型消能斜撐(挫屈束制斜撐,BRB)以提升整體耐震能力，消 能斜撐採用跨層X 型與對角兩種設計，補強元件均從 1F 樓施作至 3F，1F 之 BRB 的標稱降伏強度為175 tf，2F 及 3F 之 BRB 的標稱降伏強度則為 150 tf，整體補強 位置立面規劃如圖7.7。除座標線Line-1 之補強外，為改善 Line 5 邊柱軸拉壓力過 大問題，故於Line 5 之 1F 電梯旁處，沿著原 RC 牆增設夾層梁鋼板包覆及框構架 與BRB。
2. 因增設消能斜撐會增加地下室柱之軸力，故於地下室 B1 與 B2 亦針對 BRB 旁柱 進行單邊擴柱補強以分擔額外之軸力。地下室擴柱補強之尺寸配筋圖及與既有結構 連接方式見附錄D 或圖 7.8所示，由於新增擴柱在梁柱接頭處無法滿足韌性設計要 求，故分析模擬時考慮為僅提供抗軸壓力強度而不增加原柱之彎矩強度，即模擬時 僅將斷面放大而鋼筋僅考慮原設計之鋼筋量與配置位置。
3. 補強後結構經側推分析後所得容量曲線與原結構比較圖如圖 7.9 中所示(圖 7.10 為塑鉸圖、圖7.11為PGA 圖)，由圖中知補強後結構之最大基底剪力為 2566 tf，原 結構最大基底剪力則為2133 tf，故兩者之差值為 433 tf，此增加之基底剪力來自於 不規則性之部份消除與增設挫屈束制斜撐；因為新增設之挫屈束制斜撐皆具有較飽 滿之遲滯迴圈，將其阻尼修正係數k 取為 0.67，再以基底剪力為加權，計算補強後 結構整體之阻尼修正係數k 為:
433 0.67 2133 0.33 5049 0.38
在經計算後補強後結構耐震能力於X 向可達 0.399g，性能點下最大層間變位角為 1.13%小於補強前，但整體之屋頂位移高於補強前，故知主要補強功效來自於不規 則處之改善，使變形較均勻之平面與立面分配而不如原結構之集中變形於底層側 邊。
鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術與示範例之研擬
290350580300340
670 1197 350
第七章 補強設計範例(二):住商混合大樓
0 10 20 30 40
Roof displacement (cm) 0
1x106 2x106 3x106
Base shear (kgf)
w.o. retrofit retrofitted by BRB
圖7.9: 補強前後結構 X 向之容量曲線比較圖
【資料來源：本研究製作】
圖7.10: X 向補強後結構塑鉸圖【資料來源：本研究製作】
圖7.11: 補強後結構 X 向之容量曲線及 PGA-Displacement 圖
【資料來源：本研究製作】
鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術與示範例之研擬
4. 錨錠設計: 接頭錨錠設計同第六張方式，圖說參見附錄 D。
5. 地下室單向擴柱設計:圖說參見附錄 D。
二、 補強方案二：增設 RC 剪力牆
【規劃概要說明】
1. 根據結構耐震缺點，本方案主要目標是採系統補強以增設填充 RC 牆來提升底層 結構強度與改善結構不規則之補強方法，為不影響整體空間之運作及使用，研擬於 座標線Line-1 (圖說參見附錄D)之 X 向底層挑高柱處第一跨處及 Line-2 最後一跨 處增設25 cm 厚之 RC 牆以提升整體耐震能力，新增 RC 牆於 Line-1 為由 B2F 至 3F，
配筋皆採用#4@20cm 双向双排，而 Line-2 之補強位置因已有原地下室外牆，故僅 補強1F 與 2F，此處 RC 牆補強後會造成端構材處之軸力過大，故於右側較小柱處 再額外新增一端構材來加大柱斷面；整體補強位置立面規劃如圖 7.12。除座標線 Line-1 與 Line-2 之補強外，為改善 Line-5 邊柱軸拉壓力過大問題，故於 Line-5 之 1F 電梯旁處，由 B2F 至 1F 將原 RC 牆加厚 20 cm 與增設抗軸壓拉力之端構材來抵 抗水平力與傾倒力矩之軸拉壓力，使達需求之耐震標準。
2. 因增設 RC 牆會增加兩端柱之軸力，故於部份新增 RC 牆進行單側或兩側增大柱 斷面(增設抗軸壓拉力之端構材)補強以分擔額外之軸力。補強之尺寸配筋圖及與既 有結構連接方式見附錄 D 或圖 7.13 所示，由於新增柱段面在梁柱接頭處無法完全 滿足韌性設計要求與錨錠材有其不確定性，故分析模擬時考慮為僅提供抗軸壓力強 度而不增加原柱之彎矩強度，即模擬時僅將斷面放大而鋼筋僅考慮原設計之鋼筋量 與配置位置。
3. 補強後結構經側推分析後所得容量曲線與原結構比較圖如圖7.14中所示(圖7.15 為塑鉸圖)，由圖中知補強後結構之最大基底剪力為 2786 tf，原結構最大基底剪力 則為2133 tf，故兩者之差值為 653 tf，此增加之基底剪力來自於不規則性之部份消 除與增設RC 牆；在經計算後補強後結構耐震能力於 X 向可達 0.3g，性能點下最大 層間變位角為1.%小於補強前，但整體之屋頂位移量高於補強前，故知主要補強功 效來自於不規則處之改善，使變形與塑鉸分佈較均勻，而不如原結構之變形集中於 底層側邊。
第七章 補強設計範例(二):住商混合大樓
鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術與示範例之研擬
0 10 20 30 40
Roof displacement (cm) 0
1x106 2x106 3x106
Base shear (kgf)
w.o. retrofit retrofitted by RC wall
圖7.14: RC 牆補強前後結構 X 向之容量曲線比較圖【資料來源：本研究製作】
圖7.15: X 向 RC 牆補強後結構塑鉸圖
【資料來源：本研究製作】
圖7.16: RC 牆補強後之容量曲線及 PGA-Displacement 圖
【資料來源：本研究製作】
第七章 補強設計範例(二):住商混合大樓