補強策略

3.5 補強策略

建築物耐震補強方法可由下述方法為之，以提供適當的耐震能力達 到設定的耐震需求目標，補強設計者對於所採用之策略須加以明確說 明。

部份構材修改

移除或減少既有的不規則性與不連續性 整體結構物勁度提昇

整體結構物強度提升 減少質量

隔震 消能元件

[說明] 根據本章所述的耐震能力評估方法評估後，若發現結構物耐震能力不足時，

可以採補強方式提升該能力，補強必須增加結構容量及抵抗外力與變形桿件之容 量，或減少結構受力與變形需求，而藉由充分掌握結構物施工細節並進行結構物對 地表震動反應之分析，提升耐震能力，下面提供一些參考建議來修改結構物以增加 結構物容量或降低需求。

3.5.1 構材修改

部份構材修改的目的在使部分耐震能力不足構材及接頭處具有足 夠能力來承受預期的轉角變形或強度需求。補強後的構材及構架應避免 形成短柱、短梁或強梁弱柱。

[說明] 構材補強是增加容量使能承受非彈性變形需求的方法，補強方法基本上無法 降低結構物在地震力作用下產生的需求，因此當結構物因勁度、強度等不規則導致

震力造成的需求與增加抵抗地震力的容量可能是必須的，因此構材補強常需配合其 他補強策略。

對於鋼造建築物，接頭為結構物最脆弱的地方，而RC 建物則短柱短梁之剪力 破壞可能為結構物脆弱處，鋼造建築物之接頭補強策略是直接針對結構物最脆弱的 地方補強，亦即對可能發生過早脆性破壞的接頭補強，但這樣的補強方式可能花費 甚鉅，尤其在具有很多接頭的大型結構中，有些情況下可能降低需求比增加接頭容 量來得經濟。有些接頭補強細節可能會對構架的非彈性行為造成影響，例如有些接 頭補強方式可能將塑鉸區由梁柱接頭移至梁、柱或交會區，這樣的接頭修改將造成 接頭與整體構架需求的改變，須適當加以考慮。

3.5.2 不規則性的減少與移除

許多現存之建築物具有結構上之不規則性，有些不規則性會造成結 構行為不佳，如軟層、弱層、扭轉不規則及結構系統不連續等，一般而 言，這些不良的結構行為起因於力量與非彈性變形需求集中於不規則 處，而在不規則處結構元件往往無法承受局部的需求增加，可消除或減 少不規則性的結構補強，具有減少需求集中的效果，而使得結構物的變 形需求與能量消散更為均勻。

[說明] 本報告所建議結構評估方法中，除非評估指出不規則處的結構需求（如層間 變形角、柱軸力等）超過該結構可接受的範圍，否則不能將結構不規則視為嚴重問 題，在不規則處，通常可藉由採用新的結構桿件、補強或加勁既有桿件來達到消除 或減低不規則性，但需對整體結構進行重新評估以確保結構物具有適當的耐震能 力，且不會有新的不規則性產業或易損壞的部位發生。

3.5.3 整體結構勁度提昇

結構與非結構桿件的破壞與建築物對地表震動反應所產生的變形 有密切關係，整體結構加勁，旨在採用增設加勁構材或提高原構材強度 直接減少側向變形量，但須注意既有梁、柱應具適當強度得以應付變化 後的外力，一般而言最有效的加勁方式便是在其抗側力系統中加入斜撐

或剪力牆。

[說明] 雖然整體結構加勁可有效降低結構物對地震反應的變形量，但一般而言亦會 對結構物及其非結構元件的外力造成提升現象，在對補強結構物進行評估時，須對 所有桿件評估，因為在補強前由評估指出適當的桿件，可能因外力的提升而變得不 恰當。

3.5.4 整體結構強度提升

若評估出結構因抗側力之能力不足而具有不良之耐震表現時，則 3.5.3 節的結構加勁方式亦可達到增加強度的作用，此外，對整體結構之 強化，亦可將抗側力系統的桿件包覆鋼板以提供額外的強度，當整體強 化時，結構與非結構元件可能需承受較大的力量，因此當評估補強結構 時，需考慮所有桿件，包含未補強前可能適用的桿件。

[說明] 一般而言，構架系統不會因抵抗側向力的強度不足而有不良的表現，而較有 可能是因為勁度不足、具有過多的不規則性或部份構材、接頭過於脆弱。

對於斜撐與剪力牆等增加構架勁度與強度之元件，本報告第四章提供數值模擬 的準則，使用這種方式補強須根據適當的準則或規範設計補強之元件。既然構架在 非彈性範圍內本就預期產生巨大位移反應，因此很難斷定是否因為強度不足而導致 結構能力不足，一般而言，在正常使用狀態之性能目標下，整體結構強度與結構抵 抗外力的能力有密切關係，而在避免崩塌之耐震目標下，整體強度則與整體勁度較 相關，一個表現不佳的結構物要具有適當的耐震能力以達到避免崩塌狀態之目標，

透過增加勁度比增加強度更有效率，同理，一個表現不佳的結構物要具有適當的耐 震能力以達到一般使用狀態之性能目標，透過增加強度通常會比較有效率。

3.5.5 減少質量

在結構中減少質量可在若干方面改善其性能表現，其中之一便是減 少結構物振動週期，因為降低週期之結構物一般比長週期結構具有較小

引致的加速度及結構質量成正比，藉由降低結構物質量，或許可直接降 低結構物之地震力，亦減少了可能發生之破壞。

減少建築物質量的方法包含：將外部較重的外牆系統換成較輕的形 式，移除未使用之設備及儲存物之載重，RC 隔間牆換成輕隔間，移除 若干樓層等。若以其他補強方法，則需重新評估補強後之結構行為表現。

以減低質量作為補強策略最大的好處是降低了結構的週期，並降低 了結構在反應譜上之變形需求，然而週期與質量是平方的關係，因此需 減少很多得質量才會對側向位移需求產生足夠的影響。

3.5.6 隔震

隔震是改善既有結構物耐震行為較新的方法，藉由兩項基本因素改 善結構物耐震行為，一為延長結構物的週期，及明顯的阻尼作用，兩者 合併的效果可大大降低建築物之慣性力，隔震系統常被設計為具有較大 之柔度，因此地震力引致之變形與能量消散便在隔震系統發生，而不會 傳遞至結構物，其結果便是隔震系統需承受很大的變形與消能需求，但 其上的主結構則承受較低的側向力與變形需求，及較低的破壞程度。

當上部結構重量大勁度高時隔震效果越有效，一般隔震結構的週期

（包含隔震系統），大約在2 至 3 秒，當未包含隔震系統之結構物週期 在1 秒或以下時，隔震效果最顯著，對於結構週期大於 1 秒情況，隔震 在補強策略上可能不是有效的方式，除非配合結構整體勁度補強。

3.5.7 消能元件

消能元件其目的在減少結構物對地表震動的位移反應，因此與結構 加勁十分類似，但此補強方式著重在消能而非加勁，以一些消能裝置作 為補強的工具，可增加結構的阻尼並減少其側向位移反應。有許多型式 的消能裝置市場上已經相當成熟，包括液體黏性阻尼（fluid-viscous dampers）、黏彈性阻尼（visco-elastic dampers）、摩擦式阻尼（friction dampers）及遲滯性阻泥（hysteretic dampers）等，由於各種不同的消能

裝置有不同的力量、位移、速度關係，因此對結構物反應的影響也會不 同。

消散的能量是力量與位移的積分值，此力量是消能裝置作用在結構 上的值（或結構作用在消能裝置上的值），而此位移則是該力量作用所 產生的移動，高層構架系統常常是消能元件補強的理想對象，因為其柔 度較高，在較小的力量時阻尼裝置便已可消散大量的能量，此點十分重 要，因為阻尼力太大可能造成結構中集中力量太大。

消能裝置通常以斜撐構架的形式設置在結構中，這樣的消能裝置可 能是斜撐本身，或包含在斜撐中，採用此種方式補強須根據相關規範的 原則來設計補強元件。

圖3.1 建築結構檢測工作程序圖 基本調查

訂定檢測計畫

確定儀器、設備狀況 現場檢測

補充檢測 計算分析和結果評論

檢測報告