第四章 受損建物之耐震補強成本效益分析
第四節 補強設計及電腦模擬
壹、幸福大樓擴柱補強
一、補強原則及位置選擇
由第二節文獻回顧所示之補強對稱性原則，由最外側之柱子先行補強，補 強完畢後將再次進行結構側推分析並輔以 TEASPA 再次進行崩塌地表加速度 轉換，確保補強過後其崩塌地表加速度大於上節所示之補強目標 - 0.32(g)。
圖 4-28 幸福大樓一樓俯視圖 資料來源:本研究整理
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
結構崩塌地表加速度(g)
屋頂位移(cm)
維冠大樓補強前結構性能曲線
圖 4-29 幸福大樓一樓側視圖 資料來源:本研究整理
二、補強設計及成果模擬
耐震補強手冊第三版所建議之擴柱補強之厚度為15 至 20 公分，本研究案 直接取以20 公分進行擴柱補強設計。在反覆迭代過程後，最終模擬出其大樓 在只預先補強商用部分(一及二樓)的情況下，於所圈選之柱面進行擴柱補強(圖 4-30)，幸福大樓最終之耐震能力會達到其補強設計目標 0.28(g)。其最後補強 之耐震容量為0.311(g)，視為補強成功(表 10)，其比較圖及詳細資料如圖 4-33 與表 4-9 所示。
圖 4-30 幸福大樓擴柱一樓俯視圖
資料來源:本研究整理
圖 4-31 幸福大樓擴柱一、二樓側視圖 資料來源:本研究整理
圖 4-32 幸福大樓擴柱整體側視圖
資料來源:本研究整理
表 4-9 幸福大樓擴柱斷面示意圖
1C1 1C11
補強前
補強後
原始
尺寸 65×50 (cm) 80×55 (cm) 原始
配筋 16-#8 24-#8
說明 將原始斷面擴大20 (cm)，角隅垂直鋼 筋使用#8。
與1C1 設計原則相同，將原始柱擴大 20 (cm)，角隅垂直鋼筋亦用#8。
資料來源:本研究整理
註:本示意圖僅標示分析用主筋位置，其餘圖示請見附錄七。
表 4-10 幸福大樓擴柱補強後性能曲線資料
側推步階 屋頂位移(cm) 崩塌地表加速度(g)
88 11.88 0.294
89 12.02 0.296
90 12.15 0.301
91 12.29 0.302
92 12.42 0.304
93 12.56 0.309
94 12.69 0.312
資料來源:本研究整理
註:第 94 步達到最大基底剪力
圖 4-33 幸福大樓擴柱補強前/後性能曲線 資料來源:本研究整理
貳、幸福大樓翼牆補強
一、補強原則及位置選擇
本次翼牆補強在位置之選擇有設及使用性考量，位於樓梯口之柱會因翼牆 往水平方向補強而擋到其出入口，故該柱不進行翼牆補強(圖 4-34)。
圖 4-34 幸福大樓一樓俯視圖 資料來源:本研究整理
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35
0 2 4 6 8 10 12 14
崩塌地表加速度(g)
屋頂位移(cm)
幸福大樓擴柱補強前/後性能曲線
擴柱補強後 補強前
二、補強設計及成果模擬
本案翼牆皆為單翼外擴50 公分之補強牆面，最終位置及突出方向模擬請 見圖4-35 至圖 4-36，詳細斷面配置將列於表 4-11。反覆迭代過程亦與他種補 強工法無異，其補強過後性能曲線資料點位及曲線前後比較圖列於圖 4-38 與 表 4-12 所示。本部分翼牆在建構電腦模型時，採用等值勁度之方形斷面，但 非線性鉸設定亦遵守實際之鋼筋斷面配置。
圖 4-35 幸福大樓一樓翼牆俯視圖 資料來源:本研究整理
圖 4-36 幸福大樓一、二樓翼牆模擬側視圖 資料來源:本研究整理
倒塌方向
騎樓
樓梯口
圖 4-37 幸福大樓翼牆整體側視圖 資料來源:本研究整理
表 4-11 幸福大樓翼牆斷面示意圖
1C1 1C11
補強前
補強後
原始
尺寸 65×50 (cm) 85×55 (cm) 原始
配筋 16-#8 24-#8
說明 將原始斷面延伸出50(cm)，雙排垂直鋼筋
使用#5，其寬度與上方梁同寬(40 cm)。 與1C1 設計原則相同 等值斷面
尺寸 55×85 (cm) 47×130 (cm)
資料來源:本研究整理
註:本示意圖僅標示分析用主筋位置，其餘圖示請見附錄七。
表 4-12 幸福大樓翼牆補強後性能曲線點位資料
側推步階 側推位移(cm) 崩塌地表加速度(g)
162 12.150 0.314
163 12.225 0.314
164 12.300 0.315
165 12.375 0.317
166 12.450 0.317
167 12.525 0.318
168 12.600 0.319
169 12.675 0.319
資料來源:本研究整理
參、維冠大樓擴柱補強
一、補強原則及位置選擇
本案亦由最外側柱子進行補強，由於考慮到擴柱對稱性，故預先選擇騎樓 兩側之大柱進行補強設計(圖 4-42)。
圖 4-39 維冠大樓一樓俯視圖 資料來源:本研究整理
圖 4-40 維冠大樓一樓側視圖
資料來源:本研究整理
圖 4-41 維冠大樓一到三樓側視圖 資料來源:本研究整理
二、補強設計及成果模擬
其補強斷面設計皆為向外擴張 20 (cm)之擴柱，其最終選擇位置及電腦模 擬示意圖請見圖4-42 與圖 4-43。斷面圖形如下表 4-13 所示。其補強過後性能 曲線資料點位及曲線前後比較圖列於表4-14 與圖 4-44 所示。
圖 4-42 維冠大樓一樓擴柱俯視圖
資料來源:本研究整理
圖 4-43 維冠大樓擴柱整體側視圖 資料來源:本研究整理
表 4-13 維冠大樓擴柱斷面示意圖
1C5 2C5
補強前
補強後
原始
尺寸 80×50 (cm) 80×80 (cm) 原始
配筋 22-#10 20-#10
1C5 2C5
肆、維冠大樓翼牆補強
一、補強原則及位置選擇
因翼牆補強方向與倒塌方向平行(圖 4-45)，因顧及使用性之問題(騎樓及 出入口位置)，故優先選擇位於建築物體內之大柱進行補強(圖 4-46)。
圖 4-45 維冠大樓一樓俯視圖 資料來源:本研究整理
圖 4-46 維冠大樓一樓俯視圖
資料來源:本研究整理
圖 4-47 維冠大樓一樓側視圖 資料來源:本研究整理
二、補強設計及成果模擬
值得注意的是，維冠大樓2 樓以上樓層高度為 290 (cm)，故本次分析將以 高寬比不同而拆為牆體分析及柱體分析。其詳細斷面資訊表列於下(表 4-15)，
其補強過後性能曲線資料點位及曲線前後比較圖列於表 4-16 與圖 4-50 所示。
圖 4-48 維冠大樓一樓翼牆等值勁度斷面俯視圖
資料來源:本研究整理
圖 4-49 維冠大樓翼牆一到三樓側視圖 資料來源:本研究整理
表 4-15 維冠大樓翼牆斷面示意圖
1C3
補強前
補強後
原始
尺寸 220×50 (cm)
原始
配筋 24-#10
說明 C3 柱在另一側有電梯井，故考慮使用度問題，只有該柱進行單邊補強。本補強設
計為單邊延伸50(cm)，寬 50(cm)之翼牆(與上方梁同寬)。
資料來源:本研究整理
註:本示意圖僅標示分析用主筋位置，其餘圖示請見附錄七。
表 4-16 維冠大樓翼牆補強後側推曲線點位資料
側推步階 側推位移(cm) 崩塌地表加速度(g)
71 41.18 0.302
72 41.76 0.306
73 42.34 0.308
74 42.92 0.312
75 43.50 0.315
76 44.08 0.319
77 44.66 0.322
78 45.24 0.325