第一章 緒論
1.1 前言
1.1.6 隔震•制震結構系統的普及
國外隔震•制震結構之研究開發已有十年以上歷史，而隔震•制震建築實 際應用例，已有相當數目，亦即隔震•制震結構系統已經從開發階段進入到普
1989 年美國加州 Loma Pritea 地震及 1994 年美國加州北嶺地震造成加州都 市龐大的經濟損失，因此美國目前正致力於徹底改變建築設計規範之理念。至今 的設計係以不造成人員傷亡之程度但容許各種損失產生，而此後不再僅是保障人 員性命安全，將擴及建築物本身及其機能之重要性並設定可容許之損傷程度，以 確保可滿足這些條件之耐震性能，也正是目前正於檢討中的性能設計
（Performance-Based Design）1)-8)。
此檢討專案係針對新建建物為對象，加州結構工程協會SEAOC（Structural Engineers Association of California）首次依據 Loma Pritea 地震後所編著完成的 Vision 2000 Committee 實施；自此之後，性能設計法增訂於耐震修補規範中，也 將是未來可適用於新建物之方向。此外，第二代正著手進行評估法之不確定性及 變動性之檢討。
本論文首先將介紹美國規範制訂機關及其職責，而性能設計法之動向將分為 第一代、第二代說明之。
2.美國之耐震設計規範 (1) 規範制訂機關
圖1.1.7.1 係表示耐震設計規範相關之代表機關及其相互間之關係。ICBO
（International Conference on Building Officials）發行之 UBC（Uniform Building Code）自 1927 年發行初版以來，至今經過多次增修，特別是耐震設計資料之豐 富性廣受全球肯定，而如此成就是藉由前述之SEAOC（圖 1.1.7.1）努力之下所 得來之成果。SEAOC 聚集了 4,000 名以上的技術人員及一部份的大學教授，自 1950 年代開始舉辦義工活動，每年發行、修訂 Blue Book 之指南、解說手冊，指 南手冊約每三年即大幅增訂UBC 的改版內容；其他之民間團體最具知名的是位 於加州的協會ATC（Applied Technology Council）（圖 1.1.7.1），ATC 自 1970 年 代起便持續探索未來指向型之規範，一如後文將提到的目前正承辦政發行之規範 制訂工作。SEAOC 會員中的一小部分亦同時參與 ATC，此外位於東部的美國土 木學會ASCE（American Society of Civil Engineers）也自 10 年前左右著手進行規 範之制訂工作。
政府方面所制訂之規範係作為1978 年開始運作的地震災害減輕計劃
NEHRP（Earthquake Hazard Reduction Program）的環節之一，由位居首都華盛頓 的聯邦救難總署FEMA（Federal Emergency Management）執行（圖 1.1.7.1）。1990 年代即開始編著各種文獻，舉凡NEHRP 耐震設計規範、耐震診斷法、補強法以 及一般市民使用之地震對策等多數文獻均有出版發行；而文獻主要係委託ATC 編制，最近亦有委託ASCE 等其他機構，此外也有透過公開招募委託的情形。例 如眾所周知的美國北嶺地震造成鋼結構之樑端處受損的案件即是交由SAC
（SEAOC、ATC、CUREE（California Universities for Research in Earthquake Engineering））等 3 個企業合資經營團體共同承辦（圖 1.1.7.1）。
這些耐震設計規範係地震載重及分析法中包含了鋼構、混凝土、磚造、木造
等其他設計法，尤其是設計法係將各構造類別之各協會的指南稍作修改後予以採 用。例如鋼構係採用芝加哥之美國鋼構造協會AISC（American Institute for Steel Construction）所出版的鋼構造設計指南（AISC Seismic Design Specifications）（圖 1），AISC 設立於 1921 年，係由鋼材廠商及製造協力廠商所投資組成。
以上係針對耐震設計為中心說明之內容。建築規範係由美國的三個區域共同 完成，而承辦之機構是足以反映北部、東部、南部及西部各地情事的BOCA
（Building Officials and Code Administrators International）、SBCCI（Southern Building Code Congress International）及 ICBO（前述）。這些機構出版過 NBC
（National Building Code）、SBC（Standard Building Code）以及 UBS，各規範對 於耐雪、耐風、耐震設計等均有相當豐富之資訊。2000 年時，此三種規範合併 為IBC（International Building Code），初版係由ICC（International Code Council）
發行，因而使得最具適用性的通用規範終於誕生（圖1.1.7.1）。為能永續推擴，
UBC 在 1997 年發行了最終版，此後則歸納列入 IBC 成為其中部份環節。
(2) 性能設計規範之推廣
觀看美國設計規範之歷史演變，UBC 自 1927 年發行初版以來，均要求建築 物具備某特定之性能，其具體內容因時代變遷而有所不同，至1970 年代之訴求 則是保障人類性命安全。而自此之後，亦增修了經常性中小地震之建築物損傷防 止的規定，但內容尚未成氣候。
然而隨著地震工學醒目亮眼的發展，約自10 年前開始建造可預測出具可靠 性耐震性能的建築物隨即成為標的，性能要求之細分化及性能預測法之研發目前 亦穩步順利地進行。此外，在這短期間內，概念迥然不同的二種性能設計法已研 究成功，並分類為第一代及第二化之性能設計法。
第一代是類似SEAOC-Vision20009)、FEMA27315)、FEMA35617)等規範，根 據利用地震級數與性能等級判斷的矩陣圖定義建築物性能目標，並列舉為達成目 標所使用之方法手段。
第二代是類似SAC 編著之鋼構造性能規範 FEMA35020)-24)，以機率論方式將 地震波動、構造模型之變動性、分析法之不確定性、構材/結構耐力差異等加入 上述之矩陣圖中，目前亦正在評估未來將擴展至其他構造以及進行經濟損失之評
鑑，且修補後之性能等級視建築物所有人之需求不盡相同，因此新建物更需要性 能設計，這即是使之具體化之原由。
由FEMA273 之地震級數及性能等級構成之矩陣圖，於 1997 年運用
FEMA302 新建建築物規範，為了使各個建築物重要度能表現出最基本之性能因 而予以採用，然而其他詳細性能等級對新建物之適用性至今仍尚不明確。另一方 面，有關於修補方面，於2000 年依據 FEMA273 之內容，出版了具法律約束力 之規範書典範（Pre-Standard）FEMA356。
(2) FEMA237 規範之性能目標分類
下文將針對FEMA237 修補設計之概要詳加說明。
(a)地震級數
設定為該地區50 年來再現機率中發生之地震。
50%再現機率之地震（50/50），再現期 72 年 20%再現機率之地震（20/50），再現期 225 年 10%再現機率之地震（10/50），再現期 474 年 2%再現機率之地震（2/50），再現期 2475 年 (b)構造材、非構造材之性能等級
關於構造材之定義如下。
1. Immediate Occupancy Level（發生損傷但尚安全）
2. Damage Control Range（1 與 3 之間的範圍）
3. Life Safety Level（保障性命安全）
4. Limited Safety Range（3 與 5 之間之範圍）
5. Collapse Prevention Level（防止崩塌）
非構造材之定義如下。
A. Operational Level（大致上無損傷）
B. Immediate Occupancy Level（發生損傷但尚安全）
C. Life Saf ety Level（保障性命安全）
D. Hazards Reduced Range（C 以上之範圍）
E. Not Considered（忽略非構造材之損傷）
(c)建築物整體之性能等級
上述之構造、非構造材之性能等級經由組合後，將各種建築物性能等級定義如 表1 中，此後大體上均以表中具代表性之性能等級為參考基準，也就是
1-B. Immediate Occupancy Level（發生損傷但尚安全）
3-C. Life Safety Level（保障性命安全）
5-E. Collapse Prevention Level（防止崩塌）
表１ FEMA273 之構造、非構造材性能等級組合表 構造材
非構造材 1 2 3 4 5
A 1-A 2-A (N.R.) (N.R.) (N.R.) B 1-B 2-B 3-B (N.R.) (N.R.) C 1-C 2-C 3-C 3-C 5-C D (N.R.) 2-D 3-D 4-D 5-D E (N.R.) (N.R.) (N.R.) 4-E 5-E 注）N.R.=Not Recommended（不推薦）
(d)性能目之選擇
如表2 所示，利用 (a) 地震等級 與 (c) 建築物性能等級之組合表，選擇目標 之修補後性能。這些內容雖分類成多種類型，但經群組化之後整理如下。
Enhanced Rehabilitation Objectives（高性能 11 分類）
Basic Safety Objective（BSO，基本性能 1 分類）
Limited Rehabilitation Objectives（低性能 52 分類）
表2 FEMA273 之建築物性能目標之分類 建築物性能等級 Operational
Immediate Occupancy
(1-B)
Life Safety
(3-C)
Collapse Prevention
(5-E)
50/50 a b c d
20/50 e f g h
10/50 i j k l
地震等級
2/50 m n o p
Basic Safety Objectives(BSO) = k + p（有顏色部份） [1 分類]
Enhanced Objectives = (m, n, o, or p) + (i or j) [8 分類]
= k + (m, n, or o) [3 分類]
Limited Objectives
= (m, n, o, or p) + (a, b, c, d, e, f, g, h, or i) [36 分類]
(3) FEMA273 規範之性能評估 (a) 地震輸入力之設定：
設定「基本性能」為目標時，應以規範書為基準，利用美國全區的地震度地 圖製成反應譜，並另製成可與之搭配的模擬地震波。
若設定「高性能」為目標時，需製成地震震度、地基至斷層之距離、斷層破 壞之發展方向、基於地域之地質構成的Site-Specific 反應譜及模擬地震波。
(b) 分析手法
利用分析確認建築物之全構成構材，可從下文中選擇使用之分析手法。
線性分析 - 靜態分析、反應譜分析、歷時分析 非線性分析 - 靜態分析、歷時分析
線性之靜態分析中，當建築物高度為33m 以上之情形，若水平勁度呈不規 則分布時則無法使用。此外，非線性分析中，靜態、歷時分析均有設定各自之適 用條件。
利用分析確認由表2 所選擇的性能目標（(2)節(d)）是否符合。例如，選擇 目標 “j” 時，應驗證 10/50 之地震時是否可達 1-B 之建築物性能等級，這是用以 確認構造材是否為 “1”，非構造材為 “B”之性能（表 1），
(c) 構造材之性能容許目標值
構造材視有無變形能力可分為Deformation-Controlled（變形分配）與 Force-Controlled（載重分配）二種型式，並判斷前者之變形、後者之載重是否可 達容許值。舉例說明，當變形分配型之構材載重變形曲線如圖1.1.7.2 般定義時，
則各點之座標依每個構材均可由規範書中具體求出。
此外，例如為能滿上述之性能等級“1”時，分析中所呈現之變形小於圖 1.1.7.2 中的1 為其條件。若採用線性分析時，依構材類別採用規範書中制定之增幅係數 乘上分析值之數值。
(d) 非構造材之性能容許目標值
非構造材在建築構材方面可分為窗戶、外牆、隔間牆、地板、天花板、煙囪、
女兒牆等，設備方面可分為機械、鍋爐、空調機、防火設備、配管、排氣孔等，
電氣相關方面可分為電子、通訊機器、照明，內容物有頂棚、電腦相關、危險物 品、電梯、輸送帶等其他多類。
這些非構造材主要可分為Deformation-Sensitive（變形依附）及
Acceleration-Sensitive（加速度依附）等二種，後者中包含了載重分配型，而變形、
加速度之混合依附型亦有相關規定。
各非構造材設有性能容許目標值，例如圍幕牆為能取得上述”B”的性能
（Immediate Occupancy Level，發生損傷但尚安全），層間變形應在 0.01radian 以 下。此外，為能平衡”C”之性能（Life Safety Level，保障性命安全），應運用規範
計算式算出層間變形及加速度，使之達到規定值以下之數值。
(e) 注釋
以上是FEMA273 將 Vision2000 之概念具體化，並與規範等級之內容重新彙 整後因而廣受好評。對於地震輸入力，需要求各構造材、非構造材能符合目標性 能，建築物整體之變形應考量P-∆ 效果並運用於建築物崩塌可能性之確認，這是
以上是FEMA273 將 Vision2000 之概念具體化，並與規範等級之內容重新彙 整後因而廣受好評。對於地震輸入力，需要求各構造材、非構造材能符合目標性 能，建築物整體之變形應考量P-∆ 效果並運用於建築物崩塌可能性之確認，這是