3.1 前言
現有鋼結構抗彎矩構架，其耐震能力彼此間可能有很大的差異。此 處所指的耐震能力，為地震地表加速度大到多少時建築物將破壞之謂。
建築物耐震能力有差異的原因可能為設計時採用的規範不同，設計地震 力因而不同；亦可能係結構物的接頭韌性設計彼此不同；也可能為結構 物結構系統配置的不規則性程度不同等。對於現有鋼結構抗彎矩構架，
如能在大地震發生前進行耐震能力評估，其耐震能力太低者，及早加以 補強或拆除，實為降低大地震造成人命傷亡與財產損失的有效手段。
現有鋼結構抗彎矩構架耐震能力評估所涉及的技術層次，實高於新 建者，因此宜有一套合適的評估方法提供評估者使用。美國聯邦緊急災 害處理署之1996 年的研究報告 FEMA273/274 中使用結構物之性能水準 與地震水準之配合來定義結構物之性能目標，但由於地震本身及結構材 料、耐震細節及分析模擬方式上皆具有相當多之不確定性，所以在 FEMA351(2000)之耐震性能評估上為使用機率之概念來定義結構物是 否滿足性能目標之確認性。進行性能評估首先為進行地震危害分析，其 中包括有地表運動(回歸期 2500 年之最大考量地震及回歸期 475 年之設 計地震)及其他地震危害(液化、山崩、地盤側向流動)之考量，決定地震 危害後要進行的為結構性能水準之制定，在FEMA351 中僅選用了輕微 受損(Immediate Occupancy)及近乎倒塌(Collapse Prevention)兩種水準，
並以層間變位配合接頭形式、柱軸力及柱搭接處之拉力來決定性能水 準，而耐震性能目標之達成與否則以一個確認(信心)指標(Confidence index)來表示。另 FEMA351 中對於耐震評估方法同其他系列報告一 樣，提供了線性靜力、線性動力、非線性靜力及非線性動力分析四種選 用方法及結構模擬與相關之規定。
由上所述可以得知FEMA351 中之規定與我國最常被使用之耐震評 估方法與耐震設計方法不論在分析步驟或性能水準定義上還是有相當
程度上之差異，為顧及規範之延續性及FEMA351 中所採用之不確定性 參數可能難以在現階段被國內工程師接受，所以本研究並不依循 FEMA351 之方法進行耐震性能評估方面之研究，而以內政部建築研究 所之研究報告「鋼筋混凝土建築物耐震能力評估法及推廣」中之耐震能 力詳細評估法的精神進行有關耐震性能評估方法之制定，使能有效進行 結構耐震能力評估及使與現行鋼結構耐震規範具相容性，另考量非線性 分析已經慢慢被國內工程界所接受，且其為未來耐震評估之趨勢，所以 本研究亦提出類似於美國 ATC40 之修正容量震譜法的非線性靜力耐震 評估法。
本計畫中採用之耐震評估方法之一為以建研所「鋼筋混凝土建築物 耐震能力評估法及推廣」中之耐震能力詳細評估法之理論基礎為出發 點，發展一套類似之可用於評估鋼造抗彎構架之分析方式與相關程式，
詳細說明於 3.2 至 3.5 節中，其為以 ETABS 程式分析建築物在 0.1g 彈 性地震力作用下，求得各構件之內力後，根據單一構材實際尺寸與接頭 型式計算所得之強度，判斷構材之損壞模式(接頭、梁柱交會區或梁生 塑鉸等)及損壞時對應之變形能力(韌性比)；再以節點為單位進行強度比 較，求得該節點破壞時所承擔之的剪力與對應之韌性比，後以加權平均 的方式求得整個半層綜合的剪力強度與韌性比，即可求得各半層之崩塌 地表加速度。
本研究之另一評估方法即修正容量震譜法；主要為運用適當的折 減係數將彈性需求震譜折減成非彈性需求震譜，其另一種物理意義為 非彈性反應譜的建立，其為近來國內外常被討論與推薦之一個耐震評 估方法。此方法之基本精神與我國之耐震設計規範及建研所「鋼筋混 凝土建築物耐震能力評估法及推廣」中之耐震能力詳細評估法相同，
但主要且關鍵之不同點為此方法為由非線性側推分析實際求得建物之 容量曲線，而建研所之耐震能力詳細評估法為採彈性分析之等值方式 求得；考量結構物進入非彈性階段，採用彈性分析方法是很難去確定 建物之損壞位置及何種破壞程度，因為當結構損壞開始發生時，某些 構材開始產生降伏會造成內力之重新分配，另由於構材之非彈性需求
為依構材之不同而有所不同，所以於非彈性階段，損壞為由變位量控 制而不是由彈性分析所得之力量控制。
修正容量震譜法首要為得到結構物之容量曲線，所以需要進行非 彈性側推分析，此種分析於國內外土木結構設計者最常使用之軟體 SAP2000 或 ETABS Nonlinear 程式中皆可進行。同建研所之耐震能力詳 細評估法一樣，分析重點在於接頭及桿件變形能力之模擬，其中對於 桿件塑鉸之模擬於 FEMA273 及 FEMA350、351 中皆有相當程度之定 量與定性之描述，但本計畫以參考國外研究報告與國內實際試驗資料 來合理的加以決定其合理設定值。以下章節就本計畫目前為止對此些 方法之發展與相關研究進行簡要說明
3.2 耐震能力靜力評估法
本法乃根據建築物實際構材之尺寸及配置，計算其強度、韌性與破 壞模式，並配合建築物彈性地震分析，計算建築物各樓層上半層與下半 層之耐震能力，即破壞時之地表加速度
A
c。並可從評估結果了解造成耐 震能力不足之原因，以做為將來補強時重要之參考。評估流程
建築物係以其強度與韌性來抵抗地震，先用強度來抵抗，俟地表加 速度增大令其降伏後，再用韌性抵抗更大的地表加速度。當韌性用盡 時，建築物就會破壞，其對應的地表加速度就是耐震能力
A
c。評估破壞模式所對應之耐震能力，須對建築物進行結構分析，先以 較低的地震力(0.1g)和設計靜載重與 1/2 活載重為外力，採用結構分析 程式對建築物進行彈性靜力分析，以取得建築物結構在彈性範圍內的桿 件內力資料。
根據桿件實際尺寸計算所得的彎矩強度、剪力強度及韌性，配合彈 性地震分析所得之內力，判定該構材破壞時到底係彎矩降伏，還是挫屈 或剪力降伏，以及破壞時對應的韌性比，可分為單根梁、柱及梁柱交會
區破壞模式之分析，並以節點為單位作強度比較，分為強柱弱樑與弱柱 強樑。可求得破壞時該節點承擔的剪力及其對應的韌性比，由於各節點 承擔的剪力與韌性比不同，因此要以加權平均的方式求得整個半層綜合 的剪力強度與韌性比。
由各半層承擔的剪力與 0.1g 彈性地震分析所得之層剪力，就可算 得該半層的降伏地表加速度
A
yi。根據該半層的綜合韌性容量，便可求 得結構系統地震力折減係數F
ui，乘以降伏地表加速度後，即可推估建 築物沿兩個主軸方向各半層的崩塌地表加速度A
ci。而各半層各方向所 得之最小值，即為該建築物之耐震能力A
c。整體之評估流程如圖3.1 中 所示。建築物彈性地震分析
首先要以結構分析程式進行地表加速度 0.1g 之彈性地震分析，求 得梁、柱等構材的內力，供後續評估之用。建築物若係規則性結構，依 規範規定，可進行靜力彈性地震分析，當地表加速度為 0.1g 時，引致 之地震總橫力V 依下式計算：
V =ZCW (3.1) 其中，Z 取 0.1，C 為工址正規化水平加速度反應譜係數，如現行 耐震設計規範所示。求得之總橫力，其地震力豎向分配按規範規定計算 之。
建築物若係不規則性結構，依規範規定，應進行動力彈性地震分 析，惟求得 0.1g 下各層之地震力與動態扭矩後，應將其改為等值靜力 加在各層上，其偏心量應為動態偏心量加上意外扭矩偏心量。
結構分析時尚須包括設計靜載重及1/2 活載重作用下引致之構材內 力。其中，因地震時真正的活載重可能只有設計活載重的一半，因此取 1/2 設計活載重分析之。
梁柱構材行為之模擬
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