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4-3 補強前後耐震行為之案例分析與探討

依據前述第三章內容所述,本計畫經彙整 91 年度前期研究計畫 及向各方廣泛蒐集與訪談後,初步規劃針對

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棟之震損集合住宅相 關資料作進一步分析與探討(詳表 3.6)。而其中就原修復補強設計 資料較為完整者(設計層面)計有

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棟大樓,本節即將依據所蒐集到 書面報告資料,節錄其有關補強設計之結構分析與耐震行為內容,以 進行初步分析與探討。各案例資料說明如下:

一、資料分析編號:A1

(一)震損集合式住宅簡介

本建築物位於南投縣埔理鎮,為地上八層地下二層的 RC 結構,基地平均尺度約為 57.5m×34.2m。原結構平面配置如圖 4.3a、圖 4.3b,各層高度與使用現況詳表 4.1。

圖 4.3a 地下一層結構平面圖 圖 4.3b 地上層結構平面圖

表 4.1 各樓層高度與使用情形

樓層 高度 用途

B2 2.8m 防空避難室、停車場、公共空間 B1 4.4m 防空避難室、停車場、公共空間

F1 4.2m 集合住宅 F2 2.8m 集合住宅 F3-F8 2.85m 集合住宅

(二)原結構系統說明

本大樓為鋼筋混凝土構造物,地上層可分成兩大棟結構物

(A-B 棟與 C-D 棟)獨立不相連,地下層則連通為一體。其 主要抗側力及軸力系統為梁柱剛性構架系統。

(三)損壞現況調查

現有已蒐集之報告中尚無此資料。

(四)建物修復補強理念說明

本修繕計劃主要針對 A-B 棟進行修繕補強檢討與設計,

由於九二一震後管委會已自行招標修繕,並完成部份結構元件 補強,故於第一階段原設計單位所研提修復補強方案中,共計 提出五種不同補強方式,業經管委會及住戶說明會開會討論,

決採其中第四種方案–「建築物一至二樓樑柱鋼鈑補強及增設 X、Y 向剪力牆」,作為該社區第二階段修繕補強細部設計依 據。有關第二階段結構補強設計之檢討說明如下:

1.原樑柱鋼版補強尺寸已足夠;

2.原樑柱鋼版補強之化學錨栓間距及尺寸足夠;

3.柱的部份尚需補強;

4.增設之剪力牆原筋不足,因尚未澆置混凝土,擬於原配筋外 加設點焊鋼絲網補強,並於剪力端點補足未設置之撓曲鋼筋;

5.3∼4 層 B 棟 RC 牆配不足,以點焊鋼絲網補強。

圖 4.4 補強後地下層、AB 棟地上層結構平面圖

(五)補強前後週期與振態比較

為驗證建物補強前後整體成效,除建立建物結構分析模型

(詳圖 4.4、圖 4.4 所示),並將就其建物補強前後結構週期與 振態作一比較(詳圖 4.5 所示)。而根據最後比較結果得知,

補強前後建物結構振態型式僅第一、二週期部分恰相對調,第 三週期仍維持扭轉方向。另建物結構週期部分,補強後之結構 體週期明顯較補強前縮短(詳表 4.2),主要原因應為原結構 系統增設抗側力構件後,相對提昇建物側向勁度,其結構週期 亦將同時降低。

X Y

補強前 補強後 圖 4.5 補強前後 AB 棟結構分析模型

第一振態 第二振態 第三振態

強 前

強 後

圖 4.6 補強前後 AB 棟結構振態

表 4.2 補強前後 AB 棟結構週期比較 原設計分析結果 A1 大樓

AB 棟補強前 AB 棟補強後 第一週期 0.93862

(X 方向週期)

0.71087

(Y 方向週期)

第二週期 0.80434

(Y 方向週期)

0.69615

(X 方向週期)

週期

第三週期 0.72538

(扭轉週期)

0.55422

(扭轉週期)

(六)一樓柱底剪力分佈

以相同大小的地震力(舊規範地震力),比較補強前及補 強後 X 向及 Y 向地震力分配情形,

圖 4.7 補強前後一樓柱水平地震剪力比較

由於本次修繕計劃主要以「建築物一至二樓樑柱鋼鈑補強 及增設 X、Y 向剪力牆」。經比較新、舊構架的地震力中可以 發現,在相同大小的地震力的作用下,地震力已由新增之 RC 剪力牆及翼牆承擔,其它原有的舊構件分擔之地震力亦相對降 低。

二、資料分析編號:A2

(一)震損集合式住宅簡介

本大樓位於南投縣埔里鎮,為地下一層、地上十一 ~ 十 五層之 RC 結構。基地平均尺度約為 40.5m × 22.05m,結構配 置略成 L 型,原結構平面圖配置如圖 4.8a、圖 4.8b,各層高度 與使用詳表 4.3。

圖 4.8a 地下一層結構平面 圖 4.8b 地上層結構平面圖

表 4.3 各樓層高度與使用情形

樓層 樓高(m) 用途

B1F 4.90 停車塲、機電設備 1F 5.90 管理室、中庭花園、

公設使用空間 2F∼15F 3.00 住宅

RF 2.90 露台及私人花園 R1F 2.90 機械房

R2F 2.90 水箱

(二)原結構系統說明

原大樓平面配置呈 L 形,使得建物產生不良之結構振態,

無法有效發揮三維樑柱系統應有之效能。

(三)損壞現況調查

本大樓在歷經了九二一強震後,原大樓結構體已出現部分 損壞之情況,主要集中於各區一至四樓及原建物外牆,且以南

A C B

E D

Y X

側 A~C 區較為嚴重,其中多以住戶內部隔戶、隔間牆損壞較 為嚴重。主結構元件部分則以一樓車道入口柱、D 區一樓柱,

及 C 區四樓樑損壞較為明顯。

另外,地下室部分除樓版因裂縫而出現滲水現象外,多數 大樓基本使用機能設施如機械式停車設備、發電機、電梯設 備、消防總機等,因積水或其他損壞原因,造成機具設備嚴重 損壞,目前均已無法正常使用。

此外,由於震後至今本大樓結構未能有效修復及恢復大樓 基本使用機能,因此大樓目前已無住戶居住,僅一樓 B 區住戶 自行發包修復內部損壞部分,並增建一座內部使用電梯。

為進一步瞭解大樓整體損壞分布情況,以下擬就損壞位置 及現況說明作綜合摘述:

圖 4.9 原大樓損壞位置示意圖

X Y

*損壞現況摘述

(1):1F 車道入口處柱底端混凝土剝落,鋼筋外露且無箍 筋。

(2):外牆交叉剪力裂縫。

(3):2F、3F 樑撓曲、剪力裂縫。

(4):外牆水平剪力裂縫。

(5):1F 柱底端混凝土剝落。

(6):4F 樑剪力裂縫。

(7)地下室滲水嚴重,各項機械設備均已無法使用。

(8)1F~4F 內部隔間牆損壞,且以 A、B、C 區較為嚴重。

(四)建物修復補強理念說明

原大樓平面配置呈 L 形,使得建物產生不良之結構振態,

無法有效發揮三維梁柱系統應有之效能。目前規劃之補強方式 如下:

(1)增設剪力牆以改善不良之結構振態;

(2)擴大 RC 柱以便能使原有柱與剪力牆有良好聯結;

(3)新增 RC 柱以作為剪力牆之端構材。

補強後結構平面圖配置如圖 4.10a、圖 4.10b。

圖 4.10a 地下一層結構平面 圖 4.10b 地上層結構平面圖 Y

X

(五)補強前後週期與振態比較

為確認本補強方式的效能,及了解補強後系統是否有勁度 不均勻之情形,現針對補強前後結構系統之振態、週期比較如 圖 4.11 及表 4.4 所述。

第一振態 第二振態 第三振態

強 前

強 後

圖 4.11 補強前後建物結構振態

表 4.4 補強前後建物結構週期比較 A2 大樓 原設計

補強前 補強後

第一週期 1.62768(X 方向週期) 1.27666(X 方向週期)

第二週期 1.30637(扭轉週期) 1.25315(Y 方向週期)

週期

第三週期 1.13253(Y 方向週期) 0.99632(扭轉週期)

比較各振態週期可知,補強後第一振態之扭轉情形有改善 之趨勢,可改善 L 型平面勁度不均之情形。另外補強後之結構 周期明顯較補強前縮短 0.35sec∼0.05sec。此係因結構系統 增設構架後,側向勁度提高所致。

(六)一樓柱底剪力分佈

比較補強前後結構受地震力時,各柱線受力分佈之情形,

詳見圖 4.12a 及圖 4.12b 所示。現就 x 向及 y 向地震力分佈情 形分述如下。

以相同大小之之地震力(舊規範地震力),比較補強前及補 強後 x 向地震力分配情形,如圖 4.12a 所示。經補強後,建物 中央部份柱之地震力(柱線 Y2∼Y5)有下降之趨勢,其中又以 柱線 Y2∼Y3 較為明顯。建物兩端(柱線 Y1 及 Y6、Y7)則因增 設剪力牆及擴大柱等因素,而分配得較大之地震力。y 向地震 力則因柱線 X5 增設剪力牆及擴柱、柱線 X1 擴柱,因此地震 力有向建物兩端集中之趨勢(圖 4.12b)。

整體而言,因構架補強後地震力重新分配之結果,造成 在相同地震力作用下,各柱地震力皆有下降之趨勢,而向新 增剪力牆及擴柱部份集中。因此在依新規範重新設計時,雖 地震力提高,其它未補強柱應力仍可在容許範圍以內。

圖 4.12a 補強前後一樓 X 向柱水平地震剪力比較

圖 4.12b 補強前後一樓 Y 向柱水平地震剪力比較

三、資料分析編號:A6

(一)震損集合式住宅簡介

本基地座落於南投縣竹山鎮,其地理位置較靠近南投縣與 雲林縣界,為地上八層,地下一層之鋼筋混疑土構造物。原結 構平面圖配置如圖 4.13a、圖 4.13b,各層高度與使用詳表 4.5。

圖 4.13a 地下層結構平面圖 圖 4.13b 地上層結構平面圖

表 4.5 各樓層高度與使用情形

樓層 高度 用途

B1 3.0m 防空避難室、停車場、公共空間 F1 4.05m 集合住宅

F2-F8 2.8m 集合住宅

(二)原結構系統說明

本社區大樓為鋼筋混凝土構造物,其中一樓以上分為甲乙

丙丁四棟,棟別編號祥附件,惟甲乙棟間及丙丁棟間各有樓梯 間相連結;乙丙棟間結構分別,但現況外觀為構築在一起,其 柱尺寸多為 50x70、55x75、大樑尺寸多為 40x70 或 45x70,

柱距約在 9m 左右,隔戶牆及外牆採 12cm RC 牆,長向外牆開 窗採光,電梯牆為 15cm 厚,室內隔間牆為磚牆隔間。

(三)損壞現況調查

甲乙梯間與丙丁梯間受損較嚴重,且轉角處仍有明顯裂 縫,一樓大樑有剪力裂縫,一樓樑 PVC 穿管位置不當造成之斜 裂縫,其餘之樑均有細微裂縫產生。

(四)建物修復補強理念說明

依破壞的情形第一階段所擬定的補強的工作項目可分為 下列四大項:

✰ 各連結梯間樑、版鋼版補強。

✰ 翼牆增設(含側鋼鈑補強)。

✰ 一樓大樑樑側鋼鈑及裂縫 Epoxy 注射。

✰ 其它零星修繕。

惟經管理委員會決定,僅希望採行上述工作項目中之第

(3)、(4)項,其決議僅針對公共空間進行修復,並未對主要 抗震系統進行補強,因此其耐震能力依第一階段分損後耐震能 力係介於 0.1324 g~0.2370 g 之間,其大小取決於梯間連結強 度。惟顧及梯間連結之實際效益,經與管委會溝通後同意以對 住戶干擾較小且經費較節省的方式處理,即以環氧樹脂灌注梯 間連結處裂縫,並調整第二段工作項目如下:

✰ 一樓受損大樑之鋼補強鈑及 Epoxy 灌注修補裂縫。

✰ 一樓受損大樑之鋼補強鈑及 Epoxy 灌注修補裂縫。