諸論

第一章 諸論

第一節 背景

以 結 構 性 能 為 基 礎 的 建 築 物 耐 震 能 力 評 估 主 要 著 重 於 在 不 同 耐 震 需 求 下 ， 評 估 出 建 築 結 構 物 的 耐 震 性 能 。 其 基 本 精 神 在 於 評 估 結 構 物 抵 抗 地 震 力 作 用 時 ， 是 否 符 合 各 種 不 同 等 級 性 能 目 標

（ Performance Objective ） 之 要 求 ， 發 揮 應 有 的 耐 震 性 能 水 準

（ Performance Level）， 以 確 保 結 構 物 在 震 後 能 進 行 修 補 或 維 持 應 有 的 安 全 性 。

一 般 建 築 結 構 物 在 強 震 侵 襲 時 會 產 生 大 於 降 伏 變 位 之 變 形 ， 因 此 結 構 非 線 性 行 為 之 分 析 已 成 為 地 震 工 程 所 關 注 之 研 究 焦 點 。 國 內 目 前 普 遍 採 用 的 建 築 結 構 耐 震 能 力 評 估 方 法 ， 係 以 結 構 彈 性 地 震 分 析 所 得 之 結 果 ， 推 算 構 材 之 破 壞 模 式 及 對 應 之 韌 性 容 量 ， 以 每 半 層 為 對 象，由 其 強 度 求 其 對 應 之 降 伏 地 表 加 速 度 A ，再 由 其 加 權 韌 性

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A = 。此 法 雖 為 工 程 師 提 供 一 避 免 非 線 性 靜 力 分 析 的 簡 化 概 念 和 方 法 ， 但 相 對 的 ， 其 分 析 結 果 與 真 正 進 行 結 構 物 的 非 線 性 分 析 還 是 有 些 差 距 。 因 此 直 接 進 行 結 構 非 線 性 靜 力 分 析 來 求 取 耐 震 能 力 ， 在 分 析 程 式 及 前 處 理 、 後 處 理 程 式 可 取 得 的 條 件 下 自 然 就 成 為 目 前 耐 震 能 力 評 估 程 式 該 改 進 的 方 向 。

一 般 而 言 ， 結 構 非 線 性 分 析 方 法 主 要 有 動 態 非 線 性 歷 時 分 析

（ Nonlinear Time History Analysis ） 和 靜 態 側 推 分 析 （ Pushover Analysis） 等 兩 種 。 動 態 非 線 性 歷 時 分 析 能 顯 現 結 構 在 振 動 過 程 中 所 有 的 動 態 反 應 ， 但 因 分 析 過 程 過 於 繁 複 、 程 式 運 算 耗 時 過 久 ， 除 對 於 特 殊 結 構 之 檢 核 外 ， 在 實 務 設 計 中 較 不 為 工 程 師 所 樂 用 。 靜 態 側 推 分 析 係 藉 由 施 加 側 向 力 於 結 構 物 上 ， 隨 著 力 量 緩 慢 增 加 ， 記 錄

建築物耐震評估法之修訂及視窗化研究

構 材 開 裂 、 降 伏 、 塑 性 變 形 和 結 構 失 敗 等 發 展 行 為 ， 並 在 一 連 串 的 迭 代 過 程 中 ， 依 各 不 同 受 力 階 段 之 結 構 行 為 ， 修 正 構 材 有 效 勁 度 與 不 平 衡 力 ， 採 用 階 段 線 性 分 析 的 方 式 ， 直 到 塑 性 鉸 發 展 至 崩 塌 機 制 或 到 達 極 限 塑 性 變 形 為 止 。 相 較 於 動 態 非 線 性 歷 時 分 析 而 言 ， 靜 態 側 推 分 析 較 能 清 楚 地 提 供 結 構 物 在 各 性 能 階 段 的 受 力 與 變 形 行 為 ， 也 因 此 較 受 結 構 工 程 師 歡 迎 。

ATC-40(1996)與 FEMA 273(1997)皆 以 結 構 耐 震 性 能 評 估 為 目 標 ， 前 者 以 容 量 譜 法 為 基 準 ， 後 者 則 在 側 推 分 析 及 其 所 需 的 塑 性 鉸 特 性 設 定 上 ， 定 義 了 數 個 不 同 地 震 性 能 層 次 、 範 圍 以 及 設 計 準 則 ， 並 由 不 同 建 築 方 式 與 使 用 材 料 性 質 等 ， 將 構 材 的 鋼 筋 配 置 、 受 力 情 形 和 破 壞 模 式 等 所 對 應 之 塑 性 鉸 特 性 ， 以 係 數 設 定 方 式 彙 整 成 表 ， 供 為 一 般 側 推 分 析 與 後 續 耐 震 能 力 評 估 之 用 。 美 中 不 足 的 是 ， 此 些 分 析 方 法 還 未 能 完 全 準 確 地 反 應 結 構 物 之 非 線 性 行 為 與 桿 件 破 壞 模 式 (ATC-55, 2002)。

目 前 較 常 被 工 程 界 採 用 的 ETABS 與 SAP-2000 等 分 析 軟 體 雖 能 提 供 靜 力 側 推 分 析 (Pushover Analysis)與 非 線 性 動 力 歷 時 分 析 等 功 能 作 為 結 構 非 線 性 分 析 之 用 ， 但 其 所 提 供 之 鋼 筋 混 凝 土 構 材 塑 性 鉸 內 建 參 數 主 要 係 依 據 FEMA 273 之 相 關 規 定 者 ， 該 等 內 建 參 數 經 證 實 並 無 法 準 確 模 擬 構 材 之 非 線 性 特 性 ， 如 何 有 效 模 擬 實 值 深 入 研 究 。 另 一 方 面 ， 此 二 分 析 軟 體 主 要 係 參 照 ATC-40 建 議 之 流 程 進 行 耐 震 能 力 評 估 ， 該 流 程 過 於 繁 複 且 經 證 實 有 精 度 不 足 之 虞 ， 如 何 改 進 ATC-40 之 缺 點 ， 建 構 一 快 速 有 效 且 不 失 準 確 性 的 建 築 物 耐 震 性 能 評 估 方 法 ， 也 是 研 究 重 點 所 在 。

建 構 視 窗 化 平 台 整 合 建 築 物 耐 震 能 力 評 估 流 程 所 需 之 各 項 分 析 作 業 ， 提 供 良 好 的 使 用 性 ， 方 便 工 程 師 操 作 ， 也 是 本 計 畫 之 研 究 重 點 所 在 。

此 外 ， 建 築 物 耐 震 能 力 初 步 評 估 也 有 提 供 初 步 篩 選 的 功 能 ， 以

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往 使 用 的 評 估 表 有 再 加 檢 討 更 新 的 必 要 ， 也 列 入 本 計 畫 工 作 項 目 之 一 。

1.2 目 的

改 進 ATC-40 耐 震 能 力 評 估 流 程 之 缺 點 ， 建 構 一 快 速 有 效 且 不 失 準 確 性 的 建 築 物 耐 震 性 能 評 估 方 法 ， 落 實 以 結 構 性 能 為 基 準 的 建 築 物 耐 震 能 力 評 估 。

改 善 FEMA 273 有 關 構 材 非 線 性 特 性 設 定 的 缺 失 ， 建 立 準 確 的 計 算 方 式 ， 使 得 分 析 成 果 能 夠 有 效 地 模 擬 構 材 的 真 實 行 為 。

建 構 視 窗 化 平 台 整 合 建 築 物 耐 震 能 力 評 估 流 程 所 需 之 各 項 分 析 作 業 ， 提 供 良 好 的 使 用 性 ， 方 便 工 程 師 操 作 。

修 正 以 往 之 建 築 物 耐 震 能 力 初 步 評 估 表 ， 使 其 更 能 發 揮 初 步 篩 選 的 功 能 。

1.3 重 要 性

本 案 將 建 構 以 結 構 性 能 為 基 準 (Performance-Based)的 建 築 物 耐 震 能 力 評 估 流 程，並 提 供 視 窗 化 工 作 環 境，有 效 建 立 ETABS或 SAP-2000 等 分 析 軟 體 所 需 的 前 處 理 (Preprocessor)與 後 處 理 (Postprocessor)分 析 工 具 ， 所 得 成 果 可 供 為 工 程 業 者 從 事 建 築 物 耐 震 能 力 評 估 實 務 之 用 。