預期貢獻

本研究將比較現階段耐震性能設計規範與現行及既有擬修訂規範之地 震力係數之差異；建立耐震性能設計流程，以利法規應用落實；提供參考 案例，以利推動、示範；驗證新規範比現行規範更能讓所有者與設計者了 解建築物預期之耐震性能，並與國際工程技術接軌。

5

所提出之耐震性能設計標準與 88 年版、94 年版規範之差異，作為評估性 能規範內容適切性之依據，可即時對於不適處進行修正，對應該有之差異 處說明原因。88 年版耐震設計規範是經歷 921 集集地震後，將 86 年版規 範之「震區水平加速度係數」與「地盤水平正規化加速度反應譜係數」修 正後之版本，94 年版規範則是 94 年 7 月 1 日開始實施的新版耐震設計規 範。若是性能規範之設計地震力較現有規範提昇太多，在實務推動的過程 中遭受的阻力就會很大，因此要將所有可能的狀況進行比較，以讓各界人 士了解並方便進行耐震性能規範水平設計地震力的討論。

2.1 各規範水平設計地震力計算之差異

88 年版、94 年版與性能規範在水平設計地震力計算時的差異，主要 有以下幾點：

z 震區反應譜：

88年版規範提供工址正規化水平譜加速度係數 C，以地盤種類與台 北盆地劃分為四種正規化反應譜，再乘上震區水平加速度係數 Z=0.23g 或 0.33g；94 年版規範則將 ZC 改為

S

aD，

S

aD根據各鄉鎮市區地震危害 度分析提供之

S

S^D與

^S

1^D有關，再根據地盤種類乘以工址放大係數

F

a與

F

v

修正之，如屬近斷層區域之工址，則再分別乘以近斷層調整因子

N

A與

N

V。以一般工址而言，94 年版規範對應 88 年版規範地震乙區(Z=0.23) 的工址，共有 17 種不同的譜加速度係數組合(表 2-1)，對應地震甲區 (Z=0.33)的工址，則有 12 種不同的譜加速度係數組合。94 年版規範將台 北盆地劃分為四個微分區，故共有四種反應譜。94 年版規範除提供設計

地震(回歸期 475 年)工址譜加速度係數外，還增加最大考量地震(回歸期

7

容有新增、刪除與修正，表 2-2為性能規範的結構系統韌性容量 R，表 中並標示其與 88 年、94 年版規範及性能規範之差異。

表2-2 性能規範結構系統韌性容量 R(標示與 88 年、94 年版規範之差異)

基本結構系統 抵抗地震力結構系統敘述 R 高度限制

一、 承重牆 1.具剪力嵌版之輕構架牆

系統 (1)三樓以下三夾版嵌版牆 3.2 20

(2)其他輕構架嵌版牆 2.4 20

2.剪力牆

(1)鋼筋混凝土造 2.4^{88 版} 3.3 50

(2)磚石造Æ加強磚造 2.4^{88 版} 2.0 註 1 50^{88 版}

3.僅具受拉斜撐之輕量鋼架承重牆 1.6 20

4.斜撐承受垂直載重之斜撐構架

(1)鋼造 2.4^{88 版} 3.0 50

(2)木造 1.6 註 1

二、構架系統 1. 具剪力嵌版牆之輕構牆

(1) 三樓以下三夾版嵌版牆 3.6 20

(2) 其他輕構架嵌版牆 2.8 20

2. 剪力牆

新^{94 版} (1)鋼造 4.0 50

(2)鋼筋混凝土造 3.2^{88 版} 3.6 50⁽註 2)75^{88 版}

(3)磚石造Æ加強磚造 3.2 50

3. 斜撐系統

(1) 鋼造偏心斜撐構架（EBF） 4.2 50(註 2)75^{94 版} (2)鋼造特殊同心斜撐構架（SCBF） 3.6 50 75^{88 版}

新^{94 版} (3)合成構造具偏心斜撐構架 4.2 50 75^{94 版} 新^{94 版} (4)合成構造具特殊同心斜撐構架（SCBF） 3.6 50 新^性能規範 (5)挫屈束制支撐構架(BRB^{，註 3}) 4.2 50

基本結構系統 抵抗地震力結構系統敘述 R 高度限制

三、抗彎矩構 1. 韌性抗彎矩構架（SMRF）

架系統 (1)鋼造 4.8 不限

(2)混凝土造 4.8 不限

(3)合成構造 4.8 不限

(4)具非結構牆 4.0 不限

2.部份韌性抗彎矩構架

新^{94 版} (1)鋼造 3.2 20 50^{94 版} 刪^性能規範 (2)鋼筋混凝土造 ^{(註 4)} 3.2 50 20^{88 版}

新^{94 版} 3.鋼造韌性桁架^{(註 3)} 4.0 50

四、二元系統 1. 剪力牆

(1)鋼筋混凝土造，具 SMRF 4.8 不限 (2)鋼筋混凝土造，具非結構牆 SMRF 4.0 不限 新^{94 版} (3)鋼造，具 SMRF 4.8 不限 新^{94 版} (4)鋼造，具非結構牆 SMRF 4.0 不限 (5)磚石造Æ加強磚造，但具 SMRF 3.2 50 2.斜撐系統

(1)鋼造偏心斜撐，具 SMRF 4.8 不限

(2)鋼造特殊同心斜撐，具 SMRF 3.2^{88 版} 4.8 不限 新^{94 版} (3)鋼造偏心斜撐，具非結構牆 SMRF 4.0 不限 新^{94 版} (4)鋼造特殊同心斜撐，具非結構牆 SMRF 4.0 不限 新^性能規範 (5)挫屈束制支撐構架，具 SMRF ^{(註 3)} 4.8 不限 新^性能規範(6)挫屈束制支撐構架，具非結構牆 SMRF

(註 3) 4.0 不限

9 有 IMRF 之耐震性能時，R=3.2；

5. 鋼骨鋼筋混凝土(SRC)構造 R 值參考第 3.2 節解說，宜參考構材設計規範；

6. 若通過適當分析證明結構行為可以接受者不受本表限制。

z 基本振動週期 T 之計算：

1. 剛構架構造物，無非結構剛性牆、剪力牆或加勁構材者：

A. 鋼構造建築物：

☆ 88年版與 94 年版規範：

T

=0.085

h

_n^3/4

☆ 性能規範：

T

=0.0724

h

_n^0.8

B. 鋼筋混凝土建築物、鋼骨鋼筋混凝土建築物：

☆ 88年版與 94 年版規範：

T

=0.07

h

_n^3/4

☆ 性能規範：

T

=^0.0466

h

n^0.9

☆ 呂良正、楊永斌等研究報告：

T

=^0.0172

h

n^0.92

☆ 姚昭智、邱瑜燕等論文：

T = 0 . 015 h

n

2. 剛構架構造物且具有結構剛性牆：94 年版與性能規範之基本週期經驗 公式使用「其他建築物計算」；88 年版規範無此規定則仍使用剛構架 構造物公式計算。

3. 鋼造偏心斜撐建築物或挫屈束制支撐構架建築物：

☆ 88年版與 94 年版規範：

T

=^0.070

h

n^3/4

☆ 性能規範：

T

=^0.0731

h

n^3/4

4. 其他建築物：各規範一致

T

=^0.050

h

n^3/4。

10

5. 週期上限係數：94 年版規範使用 CU倍，CU值由查表及內插而得；88 年版規範與性能規範則為 1.4 倍。

6. 94年版規範與性能規範取消具有剪力牆構造物之經驗公式。

性能規範的週期經驗公式主要參考 FEMA450( IBC2006 的先期版本) 中的建議，94 年版規範則是參考 IBC2000 中建議的公式，由於週期經驗公 式對水平設計地震力的大小影響極大，因此圖 2-1、

圖 2-2、圖 2-3分別繪圖比較 88 年版、94 年版與性能規範對不同建築 物高度的週期經驗公式計算值，其中鋼筋混凝土建築物的基本振動週期國 內相關學者也有本土化經驗公式的研究，所以一併比較之。

圖2-1 週期經驗公式比較(鋼構造建築物，無非結構剛性牆、剪力牆或加勁 構材者)

圖2-2 週期經驗公式比較(RC、SRC 建築物，無非結構剛性牆、剪力牆或 加勁構材者)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

0 10 20 30 40 50 60 70

h(m)

T( sec)

88規範-鋼構 94規範-鋼構 性能規範-鋼構

2 2.5 3

sec)

88規範-RC、SRC 94規範-RC、SRC 性能規範-RC、SRC 呂良正等-RC 姚昭智等-RC

11

圖2-3 週期經驗公式比較(其他建築物)

z 建築物用途分類與用途係數 I：

性能規範將 88 年版與 94 年版規範中原有的第一類、第二類建築物改 為第 III 類建築物，原有第三類建築物改為第 II 類建築物，原有第四類 建築物改為第 I 類建築物，並將用途係數 I 取消。

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8

0 10 20 30 40 50 60 70

h(m)

T (s ec)

88規範-其他建築物 94規範-其他建築物 性能規範-其他建築物

z 設計水平總橫力：

13

„ 一般工址與近斷層：

9 /

=2

IDDRR

IO

9 /

=4

IDDRR

DC

3 /

=2

IDDRR

LS

=1

IDDRR

CP

„

台北盆地

：

6 /

=1

IDDRR

IO

3 /

=1

IDDRR

DC

2 /

=1

IDDRR

LS

=1

IDDRR

CP

z 短週期建築物地震力折減：

對短週期結構而言，因

F

u值變小，使得設計地震變大，常難以設計，

事實上，建築物可以考慮其與土壤互制後阻尼比較高，地震力需求會降 低，所以規範都有訂定上限值公式。

1. 88 年版規範： ^≤1.0

F

u

C

，對於韌性較差的建築物因為原

C / F

u值較大，

所以折減幅度可能很大，例如圖 2-4可知對 R=1.6 建築物在短週期地震 力折減可達 50%，近來一些研究顯示此折減公式似乎偏不保守，因此 在 94 年版規範有進行修正。

圖2-4 88 年版規範 C/Fu折減比例(Z=0.33、第一類地盤)

14

15

3. 性能規範：對於第一、二、三類建築物，94 年版規範是折減 u D

a

F

S

/ 後 再乘上用途係數 I，由於性能規範無用途係數 I，而是調整

F

u值以放大 設計地震力，所以

S

a_,RP/

F

u_,PL值較 94 年版規範大，若使用相同的 u

D

a

F

S

/ 折減公式，則在短週期的折減幅度會較大，圖 2-6為第一類建築物(I=1.5) 在 R=4.0 時的

K

h值比較，若採用原有公式則性能規範在短週期時的

K

h

值會比 88 年版規範與 94 年版規範小約 20%，圖 2-7為在 I=1.5、R=3.0 時亦有相同情形。

圖2-6 使用原有公式，I=1.5、R=4.0 時性能規範短週期

K

h值較小

圖2-7 使用原有公式，I=1.5、R=3.0 時性能規範短週期

K

h值較小

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25

0 1 2 3 4 5

週期T (單位： 、 )

Kh ( g)

88規範V*

88規範V 94規範V*

94規範V 94規範Vm 性能規範Vmed 性能規範V475 性能規範V2500

T₀D T_S⁴⁷⁵

若在公式中考慮重要度係數 I，則公式變為如下，其折減幅度會

17

實際性能規範條文中，則是分別針對不同性能目標而將 I=1.0、

1.25、1.5 的數值直接乘入(

S

a_,RP/

F

u_,PL)m公式中，將不同性能目標的公 式分別條列出來，使得用途係數 I 不在公式中顯現。

0.00 0.05

0 1 2 3 4 5

週期T (單位： 、 )

T₀^D TS⁴⁷⁵

2.2 性能規範水平設計地震力計算流程與範例

一般工址與近斷層：Sa,MED0=Sa,475/4.2、Sa,MED1=Sa,475/3.36、Sa,MED2=Sa,475/2.8

„ 彈性設計位移反應譜與加速度~位移反應譜

^(2.9

節)

19

„ 例一 (一般工址)

21

F

_{uM m}

4

y

.

1 α ⎝ ⎠ F

LS m u

4

y

.

1 α ⎝

_,

⎠

„ 例二 (近斷層區域) 建物用途：第 I 類建築物

基本安全目標(BSO)：(1) 中小地震 MED0 下正常使用(OP) (2) 475年回歸期大地震下生命安全(LS)

(3) 2500年回歸期最大考量地震下避免倒塌(CP) 工址位置：台中市東區，

S

S^{475 =0.8}、

S

1⁴⁷⁵ =^0.45、

S

S^{2500 =1.0}、

S

1²⁵⁰⁰ =^0.55，

與車籠埔斷層水平距離 3.5km 地盤種類：第一類地盤

結構系統：鋼筋混凝土造 SMRF，具非結構剛性牆，結構系統韌性容量 R=4.0 設計方法：強度設計法，起始降伏地震力放大倍數α_y =1.5

建物高度：地上十層 RC 建築物，每層樓高 3.2m、1F 挑高 4.5m，總高度 H=33.3m

表2-5 例二⁸⁸年版、94 年版與性能規範水平地震力計算比較表

計算參數 88 年版規範 94 年版規範 性能規範

Z 0.33 - -

I 1.0 同 88 年版規範 -

Tcode 0.07×33.3^3/4 =0.97 0.05×33.3^3/4 =0.69 同 94 年版規範

Tdyn 1.15 1.15 1.15

T 取 Tdyn=1.15 取 CUTcode=0.83 取 1.4Tcode=0.97

23

築物)相同，故本節等同於 88 年版與 94 年版規範之一般建築物水平設計地 震力比較，雖然在其他的研究報告中亦有類似的比較，但因為重要建築物 水平設計地震力的比較要以一般建築物的比較為基礎，故本節仍做一般建 築物的重點式比較。水平設計地震力的計算公式可以用

^V

=

^K

h

^W

來表示，

本節以

K

h為縱軸、週期

^T

為橫軸繪製比較圖，圖中的

K

h值假設起始降伏地 震力放大倍數α_y =1.5，並在一般工址、近斷層區域與台北盆地三個區域分 別比較：

2.3.1

一般工址

z

V

^*(

V

_MED)、

V

(

V

₄₇₅)或

V

M(

V

₂₅₀₀)控制：

比較

^V

^*與

^V

公式後得知：在一般工址與近斷層區域時要

F

u ^>3、在 台北盆地時要

F

u ^>2.5，才會由

^V

^*控制設計地震力，由圖 2-12與圖 2-13 之

F

u與週期關係圖得知，僅有在

^{R > 4 . 0}

且

^T

^≥

^T

₀^D的情況下才會發生(例 如圖 2-15、圖 2-16)。

比較

^V

與

V

M公式後得知，

S

aD/

F

u與

S

aM /

F

uM的較大者即為控制設計 的基底剪力者，參考表 2-1反應譜係數 S^D

M

S

S

S

/ 與

^S

₁^M /

^S

₁^D的比值與圖 2-14

F

_uM/

F

_u之比值，可以得知大致的趨勢：在極短週期區域(

T

≤0.2

T

₀^D)，

因為

F

uM /

F

u之比值趨近於 1，所以幾乎都是由

V

M所控制(例如圖 2-15~圖 2-22、圖 2-27)，在其他區域(

^T

>0.2

^T

₀^D)，要視反應譜係數的比值而定，

一般而言週期越長、R 值越大、地盤越軟(第三類地盤)，則越為

^V

所控 制。

z 地盤種類：

在其他條件相同之下，比較地盤種類的不同對

K

h值之影響：在中 週期區域(

^T

₀^D ≤

^T

≤2.5

^T

₀^D)，94 年版規範與 88 年版規範

K

h的比值，第一 類地盤最大(圖 2-17)，第二類與第三類地盤較小(圖 2-18、圖 2-19)；在 長週期區域(

^T

^≥2.5

^T

₀^D)，則第三類地盤的

K

h的比值最大(但大的不多)。

由於地盤種類不同的

K

h比較，可以大致看出其變化趨勢，且並不會產生 巨大的影響，故在其他條件不同下的

K

h值比較中，均不考慮地盤種類的 影響。

z 容許韌性容量改變：

因 94 年版規範使用較多的容許韌性容量，所以在震區反應譜變化 不大的情況下，部份中週期區域與全部長週期區域(

T

≥2.5

T

₀^D)的設計地

因 94 年版規範使用較多的容許韌性容量，所以在震區反應譜變化 不大的情況下，部份中週期區域與全部長週期區域(

T

≥2.5

T

₀^D)的設計地

在文檔中 建築物耐震性能設計規範之研擬子計畫二：範例研究 (頁 30-0)