ATC-40 介紹

1986 年Army TM-5-809-10-15 針對重要軍方建築而建議之技術 手冊，考量兩種等級地震力並間接評估建築物塑性性能【3】。自1992 年起，美國加州結構工程師協會（SEAOC）組成VISION 協會，一 個以性能為導向的地震工程子委員會，發展具有可預估結構物之耐震 表 現 的 設 計 方 法 。 同 時 1992 年 美 國 聯 邦 災 害 管 理 局 （ Federal Emergency Management Agency, FEMA ） 贊 助 由 應 用 技術 委 員 會

（Applied Technology Council, ATC）與其他機構研發引進耐震性能設 計理念，首次試圖將功能性標準化之方法規範化，並以定量的功能表 示所使用的性能等級。1996年ATC-40（Applied Technology Council，

1996）【4】頒布，以結構性能（Performance-Based）表現為基礎，針 對鋼筋混凝土建築物所制定的一套有效評估與補強準則。ATC-40 規 範以結構功能績效設計法與傳統的設計地震力比較，應用較深入的結 構力學觀念也幫助結構工程師更加瞭解建築物在地震過程中的反應，

而 非 僅 以 模 糊 的 安 全 係 數 涵 蓋 。 這 種 以 功 能 績 效 作 設 計

（Performance-Base Design）的概念，已漸漸成為美、日兩國耐震設 計之主流。其內容包含：既有建築物之耐震性能評估和補強、震後建 築 物 之 破壞 評估和 修 復 以及 新建結 構 物 之耐 震設計 三 大 部分 。 ATC-40 以繁複的迭代計算方式求取結構物在某一耐震需求下對應 的結構性能點，其主要觀念係以耐震需求為輸入，結構性能為輸出【4】。

此種方法較適用於新設結構物的耐震設計，對於既有結構物之耐震能

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力評估而言則過於繁瑣。結構物耐震能力評估應以結構物的實際容量 震譜為基準，反推其所能容忍的地震狀態，亦即應以結構性能為輸入，

而以對應的耐震需求為輸出才較合理【5】。此法以容量震譜法為主要 的耐震評估方法，考量性能要求，主要觀念是將耐震需求不同的各類 建築物設定不同的性能目標，並針對各種設計地震標準下結構物之表 現進行評估，確認是否達到建築物的預期性能水準。

新建結構物之耐震設計新建方面之研究：

1997 年，Kang K. Y.與H.S.Lee【6】針對十層樓鋼筋混凝土結構 物1:12之縮尺模型以實驗方式驗證非線性靜力分析之準確性。結果發 現，（1）整體結構之極限強度與各樓層之傾角變形皆能得到高度準確 之預測；（2）整體結構中，各塑鉸發生之順序與實驗觀察結果相符。

2000 年，Nagao T.等人【7】針對九層樓鋼結構使用容量震譜法進行 性能設計（Performance Based Design）原理之耐震分析。結果顯示在 適當之假設下，使用容量震譜法可有效完成性能式設計，且符合該結 構物在地震力作用下之耐震性能準則（seismic performance criteria）。

宋裕祺與蔡益超於2002 年首先提出一修正ATC-40 之方法，以結構 實際容量為基礎，反推結構物所能容忍之地震需求，即以結構性能為 輸入，求得所對應的耐震需求。宋裕祺等人於2003 年導入一直接擷 取結構容量曲線上性能點的觀念來決定建築物耐震性能的改良式評 估方法。其中提到ATC-40 之基本目標為在一已知的耐震需求下，評 估建築物的耐震性能，較適合新建結構物之耐震設計【8】【9】。係因 此法提供較易於接受且直觀的耐震能力評估，故本研究將於容量震譜 法之後半段做一小修改，省去繁複迭代的步驟。

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現有及震後結構物方面之研究：

Mahaney於1993年【10】利用容量震譜方法評估結構物在勒馬普 利塔大地震過程中的反應。Abeysinghe R.S.於2002年【11】等人使用 側推分析法針對現有橋梁進行耐震能力評估。利用橋柱之轉角容量與 剪力強度描述局部塑鉸之力學行為，最後定義出安全因子。2002年內 政部建築研究所發表「建築物耐震評估方法之研修與作業準則之研擬」

【12】，文獻中介紹了四種耐震評估方式，其中之一為容量震譜法。

此方法為ATC-40規範所推薦，內容主要將材料複雜度高的各種鋼筋 混凝土結構元件，提供簡化的力與變位關係，以模擬桿件之非線性行 為，再進行非線性靜力側推分析，又稱推垮分析，藉此估算結構物耐 震能力強度。並以等效阻尼係數來折減所在工址之需求譜，模擬結構 物進入非線性範圍之消能效果。2005年，在國家地震中心所舉辦的校 舍耐震評估與補強講習會中，杜怡萱、涂耀賢等人【13】提出針對弱 柱強樑型較低矮建築物之簡化側推分析，其優點在於不需要經過逐次 增量、應力重分配與迭代等複雜計算，亦可以獲得結構物推垮曲線，

與建築物崩塌地表加速度之簡化耐震評估方式。2006 年，藍光庭發 表了「鋼筋混凝土樓房耐震能力評估研究」【14】，文獻中，使用建築 物實例進行推垮分析，並証明此法在評估老舊建築物之耐震能力其分 析結果有相當的真實性。2004 年，蘇晴茂發表「以推垮分析檢核含 非結構牆結構之弱層現象」【15】，文獻中使用非線性側推分析，並以 一簡單案例說明計算分析方法，但是文獻中僅提出由性能點觀察結構 受震後之行為，並未探討如何判斷建築物之耐震性能。國家地震中心 在2000年～2007年也陸續發表關於現有結構與震後結構補強之研究。

2003年，楊斯如【16】根據強度韌性法為基礎，改良ATC-40反覆迭

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代的缺點，亦可獲得各種結構性能狀態與地表加速度之間的相互關係。

2004年，張瑜晏【17】依照ATC-40將結構性能的理念導入結構耐震 設計與評估，並建立一套建築物耐震能力詳細輔助系統。

ATC-40 容量震譜法（Capacity Spectrum Method）有三種方法求 取建築物耐震性能績效點【4】，基本上是假設結構之容量（Capacity）

與需求（Demand）完全獨立，由側推分析得到基底剪力與結構位移 之容量曲線，接著轉換為ADRS（Acceleration Displacement Response Spectrum）座標系統，需求曲線可由ADRS 座標系統下反應譜曲線表 示，為了表達出結構塑性行為，反應譜可採用高阻尼比之等效彈性反 應譜，繪於同一ADRS座標系統，亦即譜位移S_𝑑與譜加速度𝑆_𝑎座標系 統，可獲得容量與需求兩曲線的交點，此交點即為結構在該需求曲線 所反映之地震力作用下之耐震性能績效點。