第三章 建築軀體碳排公式之建立
第二節 以電腦結構模型探討碳排影響因子
B. 變因設定
根據文獻及專家經驗，本研究決定本次分析中探討主要影響因子包括：地上樓 層數、震區、不等跨距、混凝土強度、平面形狀、靜載重（隔間牆材料）等因素。
並為了考慮不同結構技師之設計習慣，再增加一項斷面經濟程度之探討。各變因與 實驗組模型案例之設定介紹如下：
1. 地上樓層數：
本研究設定與原型結構所有條件皆相同，唯有地上樓層數變化為 5 層樓和 15 層 樓（不含屋突）之兩棟模型案例，代號分別為 S05 與 S15，如圖 3.17 所示。
(a) 5 層樓案例（S05） (b) 15 層樓案例（S15）
圖 3.17 電腦結構模型變化地上樓層數案例結構立面圖
（資料來源：本研究整理）
2. 震區：
考慮在不同地區與地盤條件下，結構所受地震力會有所不同，因台灣中低層 RC 結構斷面主要受地震力控制，故參考建築物耐震設計規範，選擇兩處設計水平總橫 力與原型相較更高及更低之場址與地盤條件。其中地震力更高者設定位於台北二 區，地質為台北盆地，地震力更低者設定位於桃園縣桃園市，地質為堅硬地盤。模 型其餘設定則與原型相同。
3. 不等跨距：
根據結構技師之經驗，結構平面中有複數跨間時，跨距若不相等，會造成柱梁 之應力與斷面配筋增加。因此假設在不改變平面總長寬、面積與柱數量之情況下，
放大或縮小部分跨距，使跨距不等。實驗組模型共設定兩組，其中一組僅長向（X 向）跨距不等，代號為 SPA1，另一組則為長向（X 向）及短向（Y 向）跨距皆不等，
代號為 SPA2，結構平面如圖 3.18 所示，模型其餘設定則與原型相同。
(a) 單向不等跨距（SPA1） (b) 雙向不等跨距（SPA2）
圖 3.18 電腦結構模型不等跨距案例結構平面圖
（資料來源：本研究整理）
4. 混凝土強度：
在構件應力不變的狀況下，若使用抗壓強度較高之混凝土，斷面大小可能得以 減少。雖然在碳排資料庫中，混凝土強度越高，單位體積碳排量也越高，但仍需實 際計算所有材料用量後再轉為碳排量，比較總碳排量究竟為增加或減少。本研究設 定一實驗組，混凝土強度提高為 420 kgf/cm2，其餘設定皆與原型相同。
5. 平面形狀：
綠建築解說與評估手冊[4]中，針對平立面幾何形狀較不規則的建築物，予以碳 排量之加成計算。然而在實際建築案例之平面規則性探討中，發現平面規則性並未 對碳排量造成明顯影響，其原因可能由於實際案例皆為 H 形平面，雖有明顯突出或 內縮，但平面對稱性佳。故本研究設定一組平面形狀為不對稱 L 形之實驗組，但維 持樓板面積及柱數量與原型相同，如圖 3.19 所示，代號為 L10，其餘設定亦不變。
(a) 結構平面圖(單位：cm) (b) 結構立面圖 圖 3.19 電腦結構模型平面不規則案例（L10）平面圖與立面圖
（資料來源：本研究整理）
6. 靜載重（隔間牆材料）：
內隔間牆材料不同時，會造成樓版靜載重及地震力之增加，可能影響結構體斷 面配筋。原型案例設定內隔間牆為輕隔間，為探討其影響，本研究設定兩組實驗組，
分別為 RC 內牆與磚造內牆，其單位面積靜載重參考實際建築案例之計算結果設定。
原型之輕隔間牆，設定靜載重為 300kgf/m2，RC 內隔間牆設定靜載重為 365kgf/m2， 磚牆則為 325kgf/m2。其餘設定皆與原型相同。
7. 斷面經濟程度
不同結構技師在設計斷面配筋時之習慣不同，多數技師傾向於保守設計，或在 施工性考量下，會將整層樓之構件斷面設定為相同，而以最大應力者為基準，造成 部分構件斷面配筋其實大於原本需求。故本研究設定一經濟設計案例作為實驗組，
原型結構之斷面配筋設定時是由結構技師依其一般設計習慣進行調整，並設定整層 樓之構件斷面尺寸一致；經濟設計案例則不考慮構件斷面尺寸一致之限制，依照每 根構件所受應力個別調整其斷面大小。
貳、分析結果與影響因子探討
結構分析採用建築物耐震設計規範之動力分析方法，分析以業界常用之結構分 析軟體 ETABS 進行，此軟體可以根據構件斷面大小自動計算構件自重，但因分析模 型為剛構架系統，並未配置牆體，故原型案例中將結構內牆以及外牆部分連同粉刷 層一併於樓版面輸入 300 kgf/m2之額外靜載重，並依建築技術規則規定，輸入辦公室 活載重 300kgf/m2，地面層活載重輸入 1000 kgf/m2。因 RC 建築物之設計地震力大於 風力，水平載重僅考慮地震力，地震力依建築物耐震設計規範計算後，加載於各層 質心，並考慮 5%之偏心扭距。
由 ETABS 軟體分析得構件應力後，使用亦為業界常用之分析後處理程式 DRAWRC 便可設計斷面及配筋，且可轉為 AUTOCAD 圖檔，方便計算混凝土與鋼 筋材料用量。再根據材料用量，依循實際建築案例之計算方式，換算結構體碳排量。
由於分析模型中並未設定外牆與內隔間牆性質，且根據實際建築案例計算結果，牆 體碳排量特性與柱梁等結構體不同，可分開計算，故所有電腦分析模型案例碳排量 計算結果僅為主結構體（柱、梁、樓版）部分，並不包含牆體。
所有電腦結構分析模型案例之建材用量及碳排量詳細計算結果列於附錄 B 中。
1. 原型案例分析結果：
圖 3.20 所示為原型結構之各層混凝土及鋼筋建材用量與碳排量計算結果。原型 案例單位面積碳排量為 266.88 kg/m2。由圖中可見除屋突外，混凝土及鋼筋建材用量 與碳排量皆隨樓層越高而遞減，反映出低樓層構件應力高於高樓層之合理現象。
2. 地上樓層數之影響
圖 3.21 所示為不同地上樓層數案例之混凝土與鋼筋用量及碳排量與地上樓層數 之關係。由圖中可見，結構體單位面積碳排量與地上樓層數大約呈現線性正相關，5 層模型單位面積碳排量為 237.61 kg/m2，15 層模型單位面積碳排量為 281.44 kg/m2 可迴歸關係式如圖 3.21(e)所示。分析其建材用量與碳排量中柱、梁、樓版所佔比例，
如圖 3.21(a)至(d)所示，可發現主要受到樓層數影響的只有柱與梁，樓版則幾乎呈現 固定值。鋼筋用量與碳排量和樓層數關係似非線性，但其對於總量之影響並不大。
(a) 各層單位樓地板面積混凝土用量 (b) 各層單位樓地板面積鋼筋用量
(c) 各層單位樓地板面積混凝土碳排量 (d) 各層單位樓地板面積鋼筋碳排量
(e) 各層單位樓地板面積結構體總碳排量 圖 3.20 電腦結構模型原型案例建材用量與碳排量
（資料來源：本研究整理）
(a) 單位樓地板面積混凝土用量 (b) 單位樓地板面積鋼筋用量
(c) 單位樓地板面積混凝土碳排量 (d) 單位樓地板面積鋼筋碳排量
(e) 單位樓地板面積結構體總碳排量
圖 3.21 電腦結構模型建材用量及碳排量與地上樓層數之關係
（資料來源：本研究整理）
14 . 218 X 38 . 4
Y
(a) 單位樓地板面積混凝土用量 (b) 單位樓地板面積鋼筋用量
(c) 單位樓地板面積混凝土碳排量 (d) 單位樓地板面積鋼筋碳排量
(e) 單位樓地板面積結構體總碳排量
圖 3.22 電腦結構模型建材用量及碳排量與震區之關係
（資料來源：本研究整理）
3. 震區之影響
為將震區變因加以量化，本研究以各設定案例之最小設計總橫力與總自重之比 值訂為設計地震力係數，繪製其與建材用量及碳排量之關係如圖 3.22 所示。其中原 型案例之設計地震力係數為 0.137，台北案例係數為 0.217，桃園案例係數為 0.064，
台北案例及桃園案例之單位樓地板面積碳排量分別為 282.86 kg/m2及 191.18kg/m2。 由圖中可見建材用量與碳排量皆隨設計地震力增加而增加，但不完全呈線性關係。
4. 不等跨距之影響
為將不等跨距之變因加以量化，本研究訂定一跨距因子（span factor），其定義為 先將單一軸向最大跨距除以最小跨距得跨距比 a，再取 X 向與 Y 向跨距比 ax和 ay之 較大者作為跨距因子。以模型為例解釋如圖 3.23 所示。
(a) 原型案例
(b) 單向不等跨距案例
(c) 雙向不等跨距案例 圖 3.23 跨距比計算方式
（資料來源：本研究整理）
ax = 8/8 = 1, ay = 8/8 = 1 span factor = 1
ax = 16/6 = 2.66, ay = 8/8 = 1 span factor = 2.66
ax = 16/6 = 2.66, ay = 12/6 = 2 span factor = 2.66
(a) 單位樓地板面積混凝土用量 (b) 單位樓地板面積鋼筋用量
(c) 單位樓地板面積混凝土碳排量 (d) 單位樓地板面積鋼筋碳排量
(e) 單位樓地板面積結構體總碳排量
圖 3.24 電腦結構模型建材用量及碳排量與跨距比之關係
（資料來源：本研究整理）
16 . 246 X 5 . 20
Y
圖 3.24 所示為結構體建材用量及碳排量與跨距比之關係，由分析結果發現單向 不等跨距與雙向不等跨距案例之混凝土及鋼筋用量雖然各有高低差異，但加總後之 結構體總碳排量非常接近，分別為單向不等跨距 300.43kg/m2，雙向不等跨距 302.06 kg/m2，兩組不等跨距案例碳排量皆較均勻跨距之原型案例明顯更高，可迴歸線性關 係式如圖 3.24(e)所示。
5. 混凝土強度之影響
混凝土強度對建材用量及碳排量之影響如圖 3.25 所示。由圖中可見當混凝土強 度提高時，柱、梁之混凝土與鋼筋用量皆降低，如圖 3.25(a)及(b)所示，特別以梁鋼 筋最為明顯；然而由於混凝土基本單位碳排量亦隨強度提高，因此換算後混凝土總 碳排量仍隨強度提高而增加，如圖 3.25(c)所示。由於在結構體中，混凝土碳排量較 鋼筋碳排量佔有更大比例，因此加總後結構體單位面積總碳排量僅呈現隨混凝土強 度提高而略微降低之現象，為 263.25 kg/m2，如圖 3.25(e)所示。
6. 平面形狀之影響
針對原型案例與不規則 L 形平面案例，在此與實際案例部分同樣採用綠建築解 說與評估手冊中之形狀係數計算方式加以量化，可計算出其平面規則性與平面長寬 比因子。
原型案例為完整矩形平面，故平面規則性係數為 0%，為規則平面；L 型平面案 例則恰為 30%，可視為不規則平面。而平面長寬比係數部分，原型案例平面長寬比 為 1.66，L 型平面案例長寬比為 2，兩者皆落於手冊中不需修正之範圍。
將建材用量及碳排量與平面規則性和平面長寬比係數之關係分別繪製如圖 3.26 及圖 3.27 所示。由圖中可見 L 形平面案例之柱梁混凝土及鋼筋用量相較於原型案例
將建材用量及碳排量與平面規則性和平面長寬比係數之關係分別繪製如圖 3.26 及圖 3.27 所示。由圖中可見 L 形平面案例之柱梁混凝土及鋼筋用量相較於原型案例