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建築物基礎構造設計規範之修正研擬

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建築物基礎構造設計規範

之修正研擬

內政部建築研究所委託研究報告

中華民國 106 年 12 月

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科技部GRB 編號 PG10602-0174

建築物基礎構造設計規範

之修正研擬

受 委 託 者 : 財團法人中華民國大地工程學會 研 究 主 持 人 : 陳正興 協 同 主 持 人 : 黃俊鴻、胡邵敏 研 究 助 理 : 林毓英、黃郁惟 研 究 期 程 : 中華民國 106 年 1 月至 106 年 12 月 研 究 經 費 : 新臺幣 125 萬 1 仟元

內政部建築研究所委託研究報告

中華民國

106 年 12 月

(本報告內容及建議,純屬研究小組意見,不代表本機關意見)

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目次 I

目次

圖次 ···

III

摘要 ··· V

第一章 研究方法與進度說明 ···

1

第二章 蒐集之資料、文獻分析 ···

5

2.1 蒐集之文獻資料 ···

5

2.2 文獻分析 ···

6

第三章 研究成果 ···

11

第四章 結論與建議 ···

25

參考文獻 ···

27

附錄 A:「建築物基礎構造設計規範」修訂內容對照表

附錄 B:「建築物基礎構造設計規範」(修訂草案)

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(7)

圖次 III

圖次

圖 1-1 研究流程圖 ··· 1

圖 2-1 FEMA 450 規範之耐震性能目標 ··· 8

圖 2-2 日本鐵道構造物性能設計規範之架構 ··· 9

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摘 要 V

摘 要

關鍵詞:建築物、基礎構造物、設計規範 一 、 研 究 緣 起 我國基礎構造物之設計大都以內政部營建署民國90 年頒布實施之「建築 物基礎構造設計規範」為依據,頒布實施以來未曾修正過。該規範實施至今已 超過15 年,期間我國基礎工程之設計方法與施工技術均有相當程度的進步與 改變,現有規範已不敷使用,且部分規定不符現況,故內容亟需修正。此外, 世界各國的土木工程設計已逐漸重視性能需求,有些設計規範甚至已採用性能 設計法,雖然我國基礎構造物的設計仍採用工作載重設計法,但亦應逐步加入 性能設計的考量,配合國際發展趨勢與實際需求,與時俱進。 二 、 研 究 方 法 及 過 程 本研究之主要目地即針對我國現行「建築物基礎構造設計規範」的內容進 行檢討與修正,主要參考美日等國規範之版本內容,以及國內基礎結構物在近 年之設計與施工技術之進展,研擬符合國內所需之基礎構造設計規範,以符合 業界之需求。欲進行此規範修正之考量與重點如下: 近年來,我國工程建設很多,規模亦大,國內基礎設計與施工技術已大幅 進步,現行規範的內容已無法完全包含業界設計與施工的現況,故亟需加以修 正,配合現況發展。 1. 世界各國的土木工程設計已逐漸重視性能需求,有些設計規範甚至已採用 性能設計法,雖然基礎構造物的設計欲完全採用性能設計仍有困難,但亦 應逐步加入性能設計的考量,以逐步趕上世界潮流。 2. 我國「建築物耐震設計規範(民國 100 年版)」已歷經數次修正,而現行「建 築物基礎構造設計規範」為民國90 年頒布之版本,兩者之設計理念與設計 方法有諸多不相容之處,故亟需加以修正,使兩者相容。 3. 自民國 90 年迄今,國內建築技術規則與其他相關法令與規範均陸續有些修 正,而「建築物基礎構造設計規範」自民國90 年以來均未曾修正,故亟需 加以修正,使其與現行建築技術規則與其他相關法令與規範具一致性,使 設計者有所遵循。

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建築物基礎構造設計規範之修正研擬 基於上述需求,故亟須盡速修訂現有「建築物基礎構造設計規範」之相關 內容。本研究邀集國內各大學之教授與各大顧問工程公司之大地與結構工程專 家,首先針對現有「建築物基礎構造設計規範」之內容,檢討其適用性與不足 之處,研擬規範應修正之方向;繼則蒐集國內外最新之設計與施工規範,以及 國內目前之基礎設計、施工技術和慣例,並參考我國目前之建築物耐震設計規 範,針對三級地震之載重需求與性能要求,研擬修訂現行基礎構造設計規範之 相關內容。 三 、 主 要 建 議 事 項 根據研究發現,提出下列具體建議。以下分別從立即可行的建議、及中長 期性建議加以列舉。 建議一 進行「建築物基礎構造設計規範修正草案」審查:立即可行建議 主辦機關:內政部營建署 協辦機關:內政部建築研究所、財團法人中華民國大地工程學會 本研究計畫所完成之「建築物基礎構造物設計規範」修訂草案具有很大幅 度之修正,比起民國90 年頒布之「建築物基礎構造物設計規範」版本,內容 大幅增加,應可符合工程界設計之需求,且研究成果經中華民國大地工程學會 規範委員會審查,並已於台北與台南分別舉辦公開說明會,蒐集各方意見再加 修正,使修訂之規範能更臻完善、更能配合現況需求,以符國內基礎設計分析 之需要。由於變動幅度較大,建議將修訂完成之新版本草案整本提送內政部營 建署審查,以更新現有之「建築物基礎構造物設計規範」,早日頒布供工程界 使用。 建議二 舉辦「建築物基礎構造設計規範修正草案講習」:中長期建議 主辦機關:內政部營建署 協辦機關:內政部建築研究所、財團法人中華民國大地工程學會 本所後續將與中華民國大地工程學會審慎檢視各界反映意見,並妥適納入 修正草案內容,及持續協助營建署辦理研究成果推廣講習。

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摘 要

VII

ABSTRACT

Keywords: Structure, Foundation, Design Specifications

In Taiwan, the designing work for structural foundations is usually based on the Design Specifications for Foundations of Structures, which is issued by the Construction and Planning Agency, Ministry of the Interior in 2001. Since then, it has been used for more than 15 years without further updating. In recent years, the method of design and analysis for foundations, as well as the technique of construction for underground works, had been improved significantly. The current specifications issued in 2001 did not contain the developments of technology in recent years. Some of the contents are even not suitable for practical applications. In addition, the design specifications in Europe, United States and Japan have new versions to include the concept of performance-based design. Therefore, the current version of Design Specifications for Foundations in Taiwan has to be updated. The scope of this study is to modify its contents and draft a new version of design specifications to meet the needs of practical applications, and to be in path with the development of international codes.

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第一章研究方法及進度說明 1

第 一 章 研 究 方 法 及 進 度 說 明

本研究針對我國現行「建築物基礎構造設計規範」(民國90 年頒布之版本) 的內容進行檢討與修正,主要參考美日等國之規範版本內容,以及國內基礎結 構物近年來在設計與施工技術之進展情形,研擬符合國內所需之建築物基礎構 造設計規範。 一、研究方法 本計畫之研究流程如圖1-1 所示。 圖1-1 研究流程圖 本研究邀集國內各大學之教授與各大顧問工程公司之大地與結構工程專 家,首先針對現有「建築物基礎構造設計規範」之內容,檢討其適用性與不足 之處,研擬規範應修正之方向與項目;繼則蒐集國內外最新之設計與施工規範,

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建築物基礎構造設計規範之修正研擬 與國內目前之基礎設計、施工技術和慣例,並參考我國目前之建築物耐震設計 規範,針對三級地震之載重需求與性能要求,研擬修訂現行基礎構造設計規範 之相關內容。 二、研究內容 現行「建築物基礎構造設計規範」(民國 90 年頒布之版本)共有十章,本 研究主要針對現有規範各章的內容進行檢討與修正,主要修正之項目分述如 下: (一) 第一章 總則: 將新材料的使用與相關結構設計納入考量。參考日本道路橋、國鐵性 能設計規範引入性能設計之觀念與考量。 已完成修訂,增訂「1.7 基礎之分析與設計」節,明確地說明土壤之 總應力與有效應力分析法之使用時機。此外,亦增訂「1.8 基礎設計之性 能考量」一節,敘述基礎設計應考量性能需求,以順應世界規範發展之潮 流。 (二) 第二章 基礎載重: 地震載重應配合「建築物耐震設計規範(民國 94 年版)」修正為三級地 震,包括中小地震、設計地震與最大可能地震。 主要修訂「2.4 風力與地震力」一節,刪除舊有的地震力規定,更新 為符合現行「建築物耐震設計規範與解說」(2005)之地震力規定。 (三) 第三章 地基調查: 針對行政院指示應盡速頒佈全國土壤液化潛勢圖及地質法之地質 敏感區開發之規定,地基調查之一般要求與特別要求均需配合修正,並 納入營建署近期會議已修正之項目。 主要修訂「3.1.3 一般要求」與「3.1.4 特殊要求」兩節,以及增訂 「3.1.5 位於地質敏感區基地之地質調查」,以因應行政院指示盡速頒佈 全國土壤液化潛勢圖及地質法之地質敏感區開發之相關規定。 (四) 第四章 淺基礎:

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第 一 章 研 究 方 法 及 進 度 說 明 3 修正淺基礎之容許承載力,增列建築物之沉陷分析、分析模式與地盤 反力係數之應用、以及容許沉陷規定之說明與應用。 (五) 第五章 樁基礎: 主要修正基樁承載力作檢討修正,包括:植入樁之承載力計算、樁 底灌漿之成效評估等,以及壓力樁與拉力樁容許承載力安全係數之修正; 對於側向承載樁,則應延伸以往僅限於彈性分析至包含彈塑性分析,以 應極限載重設計之需求。 (六) 第六章 沉箱基礎: 針對沉箱基礎之內容,應刪除原有施工細節部分之規定,並將本章 (沉箱基礎)之名稱擴充改為柱狀體基礎,使包含沉箱基礎、井式基礎與連 續壁基礎之設計,適合各種相似基礎之應用。 (七) 第七章 擋土牆: 本章應擴充使包含柔性擋土牆(如排樁)之設計;另應檢討修正被動土 壓力之計算方式。 (八) 第八章 深開挖工程: 近年來,國內深開挖工程之設計與施工技術進步很多,本章檢討修 正使包含已廣泛應用之扶壁、地中壁與地盤改良等項目;另亦增加鄰房 保護工法之種類與應用之規定。 (九) 第九章 地質改良: 增加常用之地層改良工法之設計原則、以及成效檢核之規定,尤其 是灌漿工法之應用,增列詳細之說明。 (十) 第十章 土壤液化: 針對2016 年 02 美濃地震造成台南市部份地區產生土壤液化災害, 行政院指示應盡速頒佈全國土壤液化潛勢圖,故本次大幅修正現有規範 之相關內容,包括土壤液化評估方法、液化沉陷分析、液化土質參數折 減、補強設計等方面。 三、進度說明

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建築物基礎構造設計規範之修正研擬 本計畫自 106 年 1 月 26 日起執行至今共十個月,目前已研擬修訂完成「建 築物基礎構造設計規範(草案)」,於 10 月 13 日提送期末報告初稿供審查,於 12 月 8 日繳交正式期末成果報告,完成主服務計畫書之預定進度。 本研究研擬修訂之「建築物基礎構造設計規範(修訂草案)」,曾送中華民 國大地工程學會規範委員會審查(共開八次審查會),並已於台北(10 月 27 日) 與台南(11 月 10 日)分別舉辦公開說明會,蒐集各界意見後再加修正,使修訂 之規範能更臻完善、更能配合現況需求,以應國內基礎設計分析之需要。

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第 二 章 蒐 集 之 資 料 、 文 獻 分 析 5

第 二 章 蒐 集 之 資 料 、 文 獻 分 析

2.1 蒐集之文獻資料 隨著土木工程新規範之發展,過去二十年來已於全球各地不斷在進行,以 歐盟國家最先開始進行。於2002-2006 間,EN 的歐洲構造物設計規範 Structural Eurocode (簡稱 Eurocode) 陸續發表,並計畫在 2010 年起 Eurocode 要正式取 代各國習用之技術規則。為強化競爭力,丹麥決定要搶先在2008 年即提前正 式採納 Eurocode。除了歐盟國家,東南亞等國家也先後宣布未來設計規範也 都會以 Eurocode 為基礎。在美國方面,針對新建築之耐震設計而言,美國現 行的規範雖仍遵從傳統之力法設計原則,但已加入建築物之變形耐震性能檢核 部份,此規範為國內建築物耐震設計規範之主要參考規範。 日本大地工程界則於2002 年,研擬了以極限設計法為基礎且加入性能設 計(performance design) 觀 念 的 新 規 範 (JGS Foundation Design Guideline) 即 Geocode 21,已於 2004 年由日本地盤工學會正式發行,後續仍持續進行以限 度狀態設計為基礎之檢核規範之發展工作。 性能設計係目前世界各國工程設計規範的發展趨勢,為順應此國際潮流, 國內一些工程設計規範已陸續朝性能設計規範方向發展,大地工程設計規範亦 應同步發展,以符合需求。為使國內大地工程設計朝性能化發展,本研究著手 蒐集美、日等國外基礎構造之設計規範與施工規範並進行相關前期研發工作, 藉以逐步將性能設計理念導入大地工程設計中。 本研究目前蒐集之資料如下:

(1) Soil Mechanics, Foundation and Earth Structures: NAVFAC DM7, 7.01 (2012) and 7.02(2012)

(2) Canadian Foundation Engineering Manual 4th Edition (2006) (3) 社團法人日本建築學會(2001),「建築基礎構造設計指針」。

(4) 社團法人日本道路協會(JRA)(2012),「道路橋示方書同解說-IV 下部構 造篇」。

(5) 社團法人鐵道總合技術研究所(RTRI)(2012),「鐵道構造物等設計標準同 解說-基礎構造物」,丸善出版社。

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建築物基礎構造設計規範之修正研擬 2.2 文獻分析 2.2.1 工程設計規範之演進與發展趨勢 工程設計之目標是設計一經濟安全且適合使用之工程結構物或設施,隨著 工程知識的累積與經驗之驗証,設計理念與方法隨著時代逐漸進步,目前使用 的方法大致可分為以下三大類: 1. 工作載重法 早期之工程設計基本上採用容許應力法,即先求取結構物或基礎的極 限強度,將其除以一合理的安全係數得到設計容許值,要求設計載重或應 力小於容許值,以確保工程設計之安全性,這就是「容許應力法」的基本 理念與架構。這種設計法之設計載重原則上應取工作載重作計算,所以亦 稱為「工作載重法」,設計原則可寫為 Q ≤ Qa (2-1) 其中,Q 為設計載重,而 Qa為容許載重,是以極限強度除以安全係數計 算,一般大都會落在彈性或近乎彈性反應範圍內,所以這種設計法可以說 是彈性設計法。目前大地工程或基礎工程之設計大多仍採用此種方法,現 行我國建築物基礎構造設計規範(2001)亦採用此種方法。 2. 極限強度法 在結構設計領域裡,隨著對鋼筋與混凝土材料行為之了解,更能掌握 其極限強度,因此鋼筋混凝土之設計早已由工作應力法(Working Stress Design, WSD)演進至極限強度法(Ultimate Stress Design, USD),分析時以 混凝土極限強度f c與鋼筋降伏強度 fy 為參數,設計考慮已包含了材料之

非線性行為,已不再拘限於彈性設計了。在結構設計與分析方面亦是如此, 早已採用載重阻抗係數法(Load-Resistance Factored Design, LRFD),簡單 可表為

ߛL ≤ ߶R (2-2)

其中,L 為設計載重,ߛ為載重因子,R 為結構物之阻抗強度,߶為阻抗折 減因子。此法之基本架構即為極限強度設計法,已考慮結構物進入塑性反

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第 二 章 蒐 集 之 資 料 、 文 獻 分 析 7 應的範圍。 3. 性能設計法 上述兩設計方法都是以力為基準的設計法(Force-Based Design),設計 時主要檢核力與應力之需求須小於容許容量與強度,對於位移或變形程度 則未直接檢核。近年來,結構設計理念開始演變為重視結構物之性能,設 計時必須兼顧結構物之安全性與使用性,甚或遇極端載重情況產生損壞後 之修復性,對於不同等級之設計載重,應考慮不同之性能需求,因此朝性 能設計之方向發展,採用以位移為基準的設計法(Displacement-Based Design)。欲掌握結構物之性能,必須了解各設計情況下結構物之位移反 應與構件之變形狀態,設計時需驗證各等級載重作用下結構反應均符合性 能要求,可簡單用下式表示, I(Fd) ≤ Ilim (2-3) 其中,I(Fd)為在設計作用力 Fd作用下之結構物反應值,而 Ilim為反應值之 容許限度值。所謂結構物反應值當然包括力(或應力)與位移(或變形)之反 應,所以檢核之項目更加全面化,以結構物與構件之反應行為為設計目標, 會是一更合理之設計方法。 目前世界各國正大力推動性能設計法,已成為世界潮流,其主要原因是基 於實務需求。近二、三十年來的幾次大地震諸如美國北嶺地震(1994)與日本阪 神大地震(1995),造成結構物與設施嚴重之損壞,財產損失非常鉅大,造成社 會與經濟之衝擊。從震災的經驗中,工程界開始體認到結構物之設計不僅需講 究安全性,亦必須兼顧震後的使用與修復性,遂開始積極推動性能設計法。性 能設計的推動,主要以歐、美、日等先進國家較積極,其工程設計規範已逐步 性能設計化。 性能設計規範之發展始於歐洲,1975 年歐盟委員會提議擬定一套共同設 計規範,以消除歐盟各國間營建工業之貿易壁壘,歷經三十年之發展與修正, 於2006 年發表了歐洲構造物設計規範(Eurocode),已有丹麥正式採納,亞洲的 新加坡、馬來西亞與印尼等國已相繼採用。此規範之架構為設計時應分別作極 限限界狀態(Ultimate Limit State)與使用限界狀態(Serviceability Limit State)之

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建築物基礎構造設計規範之修正研擬

考慮,採用分項係數法(Partial Factor Design)進行設計(JRC, 2008)。

在美國方面,建築物耐震設計規範IBC 2006 係以 FEMA 450 (BSSC, 2003) 為藍本,採取「耐震性能設計」之分級管控措施,針對不同之耐震用途群組, 在不同等級地震作用下,建築物所應具有之性能水準如圖2-1 所示。 圖2-1 FEMA 450 規範之耐震性能目標 日本在阪神大地震以後,各種設計規範都朝性能設計的方向發展,咸認為 工程設計應兼顧使用性、安全性與修復性,其中道路橋與國鐵在2012 年的新 設計規範已採性能設計法(JSCE, 2003; JRA, 2012; RTRI, 2012),圖 2-2 為日本 國鐵性能設計規範之架構,對一基礎之承載性能曲線,標示其使用性能、修復 性能與安全性能狀態之限界範圍,作為性能檢核之指標,圖示各種不同之設計 情況與載重,均有不同之設計檢核目標。 綜觀目前國際上結構物設計規範之發展,有兩大潮流趨勢:其一為多樣化, 賦予設計上更多的自由度,也因應1995 年世界貿易組織技術性貿易障礙協定 (WTO/TBT),對所有工業產品只採用以性能為準之規格要求,而不限制其製 程或製造方法;另一則為區域性或國際性之標準化與融合,如歐洲共同設計規 範(Eurocode),將區域或國際上之設計及驗證方法予以標準化或一致化。目前 國際潮流已朝向性能規範發展,在法規上對於結構物之性能要求予以界定,而 在設計方面則增加設計之自由度,由市場競爭機制提供合理經濟之解決方法, 以符合WTO/TBT 協定之精神。

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第 二 章 蒐 集 之 資 料 、 文 獻 分 析 9 圖2-2 日本鐵道構造物性能設計規範之架構(RTRI, 2012) 2.2.2 國內「建築物基礎構造設計規範」之檢討 性能設計法已是世界工程設計規範發展之潮流,世界先進國家均在積極推 動中,其中機械設備之設計大都已性能化,以土木工程之設計而言,其中結構 設計之發展較快,而基礎工程之設計則顯然很慢,仍在起步當中。 現行大地或基礎工程設計大都仍停留在容許應力法(或工作載重法),而 上部結構之設計早就已採用極限強度法,兩設計方法在載重與驗証項目都不一 致,導致無法真正驗証整體結構(含基礎)之性能表現,是工程性能設計化的 一大障礙。 工作載重法的設計原則簡單易行,但其中有一潛在問題,設計採用相同之 安全係數是否具有相同之安全度呢?安全係數法只檢核載重需求須小於容許 強度,對於相同強度但不同勁度的兩結構物,顯然此種設計方法沒有考慮到兩 結構物勁度不同所產生之不同變形程度,在安全性與使用性的性能表現其實是 不一樣的。 國內尚無性能設計規範,尤其是大地工程規範,仍採用工作載重設計法, 以安全係數為主要之設計依據,要馬上採用性能設計法仍有很大之困難。考慮 到目前基礎工程之工程慣例與設計經驗,故建議目前修訂之方向仍維持採用工

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建築物基礎構造設計規範之修正研擬

作載重設計法,惟仍應順應世界潮流,適度引入性能設計之觀念,對於不同之 設計情況(載重),分析設計時應考量所設計結構物與基礎之性能需求,針對容 許載重與位移作適度之考量與規定,使其逐步走向性能設計之方向。

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第 三 章 研 究 成 果 11

第 三 章 研 究 成 果

現有「建築物基礎構造設計規範」(民國 90 年版) 仍採用工作載重設計法, 以安全係數為主要之設計依據,雖然目前世界各主要國家的工程設計規範均已 逐步走向性能設計化,但考量國內現有規範之架構、以及工程設計經驗與慣例, 目前要將現有規範修正為完全採用性能設計法將會有很大之困難。故本研究之 修訂方向乃決定沿用國內工程界慣常使用之工作載重設計法,惟於各基礎之設 計方法中逐步引入性能設計之觀念,對於不同之設計情況(載重),規定分析設 計時應考量所設計結構物與基礎之性能需求,針對容許載重與容許位移依設計 載重情況作適度之考量與規定,使其逐步走向性能設計化之方向,以應世界規 範發展之潮流。 針對現有「建築物基礎構造設計規範」(民國 90 年版)之各章節,本研究 採分階段逐章修正,針對現有規範之十章進行修正研擬,修正內容對照表詳見 附錄A,研擬修正完成之規範草案詳見附錄 B,初步研究成果概述如下: 一、 第一章 總則: 本章增訂「1.7 基礎之分析與設計」一節,主要原因乃由於工程實務 中所使用土壤分析模式有時不太正確,許多工程師觀念不甚清楚,認為土 壤的不排水分析可以使用三軸壓密不排水試驗總應力莫耳圓包絡線的強 度參數,以致造成錯誤的分析結果,影響建築物之安全性。有鑑於此,爰 採用大地工程學會規範修正委員會的建議修正版本,在第一章中增訂條文 1.7 節,明確地說明總應力不排水分析必須採用ψ=0 的概念分析。再者, 由於近來有限元素法的分析的進步,土壤的不排水行為亦可使用有效應力 分析法,說明土壤之總應力與有效應力分析法之使用時機。 此外,本章亦增訂「1.8 基礎設計之性能考量」一節,敘述基礎設計 應考量建築物與基礎之性能要求,應考慮在建築物的使用期間,所設計基 礎之受力與變位不超過對應各種設計載重之限界狀態,以能滿足建築物之 安全性、修復性與使用性等各種性能需求。本節僅作原則上之敘述,雖未 規定應做基礎性能設計,但強調基礎設計實應考量性能需求,以順應世界 規範發展之潮流,並符合建築物之各種性能需求。

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建築物基礎構造設計規範之修正研擬 二、 第二章 基礎載重: 原有規範「2.4 風力與地震力」一節中之地震力係民國 89 年底頒布之 地震分區,現行「建築物耐震設計規範與解說」已經數次修正改採用均佈 危害度之分析結果,故原有規範之地震力規定已不再適用,本次修正將其 刪除,修正為符合現行「建築物耐震設計規範與解說」(2005)之地震力規 定,使基礎設計所採用之地震力與建築物耐震設計規範一致,上部結構與 基礎之耐震設計才具有一致之規定與標準。 三、 第三章 地基調查: 本章修訂「3.1.3 一般要求」與「3.1.4 特殊要求」兩節,以及增訂「3.1.5 位於地質敏感區基地之地質調查」。 修訂「3.1.3 一般要求」與「3.1.4 特殊要求」兩節的主要原因,乃因 2016 年 0206 美濃地震造成台南市部分地區產生土壤液化災害,而液化嚴 重地區損壞建築物類型主要為四層樓以下一般民眾住宅,均未經確實之基 地調查與土壤液化分析,故為加強未來新建低矮樓房之抗液化安全性,建 議針對具有土壤液化災害潛能之基地須進行土壤液化之調查與分析,故修 正「3.1.3 一般要求」與「3.1.4 特殊要求」兩節之相關內容。 增訂「3.1.5 位於地質敏感區基地之地質調查」的主要原因,乃因應地 質法之實施,依地質法第八條第一項規定,土地開發行為基地有全部或一 部份位於地質敏感區內者,應於申請土地開發前,進行基地地質調查及地 質安全評估;另第 11 條第 1 項規定,依第 8 條第 1 項規定應進行基地地 質調查及地質安全評估者,應於相關法令規定須送審之書圖文件中,納入 調查及評估結果。有鑒於此,應於本規範第三章地基調查中增訂相關規定, 以符合地質法之要求與規定。 四、 第四章 淺基礎: 淺基礎為一般建築物最常使用之基礎型式之一,以往工程設計時較注 重容許承載力之計算,然而淺基礎之工程問題其實在於沉陷問題,故本次 修正主要在於強沉陷分析及可使用之分析模式之規定,以及容許沉陷量之 規定與修正。,主要之修正項目包含下列幾項: 1. 修正 4.3.2 偏心載重基礎之條文

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第 三 章 研 究 成 果 13 (1). 承受偏心載重之獨立基礎,應依基礎版之剛性,採剛性基礎或柔性基 礎模式分析之。 (2). 承受偏心載重之剛性獨立基礎,需檢核其偏心量大小,長期載重情況 之最大偏心量不得大於基礎版寬度之六分之一,短期載重情況之最大 偏心量不得大於基礎版寬度之三分之一,且應檢核最大載重情況時基 礎版旋轉角對上部結構物之影響。 (3).承受偏心載重之柔性獨立基礎,應建立適當之分析模型計算土壤反力 之分布,檢核各載重狀態下基礎土壤之容許支承力,以及基礎變位對 上部結構物之影響。 2. 修正 4.3.5 安全係數 基礎地層之容許支承力,所用之安全係數下表所示,且其沉陷量必 須小於容許沉陷量而得之。 3. 增訂 4.5.1 建築物淺基礎之分析模式 對應各種淺基礎型式,應建立適當之分析模式,分析基礎承受載重 與變位之反應曲線,供基礎設計使用。解說中列舉對應各種基礎型式的 分析模式如圖-解 4.5-1 所示,包括:(a).固定基礎模式;(b).獨立基礎模 式;(c).格子梁基礎模式;(d).柔性基礎分析模式;(e).連體力學模式。 此外,亦增加樁筏共構基礎分析模式之應用與解說,如圖-解 4.5-2 所示。 4. 增訂 4.5.3 淺基礎之沉陷分析 建築物載重所引致基礎及其下土層之沉陷量,應分別針對長期(持續) 載重與短期(臨時)載重情況計算之,用以評估建築物是否發生有害之裂縫, 或影響其使用功能。增訂本節之目的在於說明沉陷分析時應針對所採用載 重狀況進行適當之沉陷分析。 5. 修正 4.5.4 容許沉陷量 主要修正建築物及基礎變形角之計算方式如圖 3-3 所示,另增加基礎 設計時對容許沉陷量應注意之工程問題。 長期載重 短期載重 (含中小地震) 設計地震⁄ 最大考量地震 3.0 2.0 1.2

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建築物基礎構造設計規範之修正研擬

圖-解 4.5-1 直接基礎的各種分析模式

圖-解 4.5-2 樁筏共構基礎分析模式  

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第 三 章 研 究 成 果 15 圖-解 4.5-4 建築物總沉陷量、差異沉陷與變形角之定義 五、 第五章 樁基礎: 主要修正項目概述如下: 1. 調整「5.1 通則」與「5.2 基樁設計原則」的內容,原規範這兩條之條 文過長,且內容層次不清,不易掌握樁基礎之設計原則,因此本次修 訂時將兩條內容合併並重新整理,分成七條,其中5.1 節為「通則」, 分別為「5.1.1 適用範圍」、「5.1.2 基樁承載機制」「5.1.3 基樁分類」、 「5.1.4 基樁施工對環境之影響」,5.2 節為「基樁設計原則」,分別 為「5.2.1 載重分擔」、「5.2.2 基本設計原則」、「5.2.3 特殊設計考 量」。修正後之內容層次清晰,規定清楚明確,敘述完整,更適合於 工程設計使用。 2. 修正「5.3.1 單樁容許垂直支承力」 主要修正垂直支承力安全係數為

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建築物基礎構造設計規範之修正研擬 其中,樁周摩擦力之安全係數予以降低,而樁底支承力之安全係 數則予以提高,乃基於近年來基樁載重試驗之結果均顯示前者較可靠, 而後者則較不可靠,故作此修正。 同時亦修正以貫入試驗公式推估基樁極限支承力之計算公式為 其中,關於植入樁之計算公式,乃參考之日本日本鐵道基礎構造 物設計標準(RTRI, 2012)而作修正。目前植入樁之應用逐漸普遍,此項 修正對工程應用極為重要。 此外,增列條文第4 點為:由樁載重試驗決定基樁極限支承力時, 應利用試樁資料求取各土層之樁周摩擦阻抗曲線(t-z 曲線),以及樁底 承載力曲線(q-w 曲線),據以計算基樁之容許支承力。另增列條文第 5 點為:如施作樁底灌漿時,應審慎評估樁底灌漿之有效性,或以樁載 重試驗決定樁底承載能力。 3. 修正「5.3.2 單樁拉拔力」 主要修正垂直支承力安全係數為 其中,樁周摩擦力之安全係數予以降低,乃配合前項壓力樁全係數 所作之修正。此外,亦增加解說之內容,說明基樁承受拉拔力作用時 之反應特性,這對拉力樁之設計與應用極為重要。 4. 修正「5.3.4 側向支承力」   支 承 力 推 估 方 法 載 重 狀 況 樁 載 重 試 驗 支 承 力 推 估 公 式 FS1 FS2 FS1 FS2 常 時、短 期 (含 中 小 地 震 ) 1.67 2.5 2.5 3.5 設 計 地 震、最 大 考 量 地 震 1.33 1.8 1.8 2.5

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第 三 章 研 究 成 果 17 主要修正解說之內容,加入最新之研究成果與性能設計之觀念, 修正後之內容已包含以往之彈性分析,並延伸至彈塑性分析,使分析 模式包含土壤非線性效應,以應極限載重設計之需求,適用於設計地 震與最大考量地震之設計考量。 5. 修正「5.5.1 單樁沉陷量分析」 修正條文為:單樁受垂直載重作用所引致之沉陷量得依據地盤之彈 塑性變形理論推算之。解說中說明非線性溫克分析模型之應用,如下 圖所示 6. 修正「5.5.容許變位量」 放寬基樁之容許側向變位量,修正解說為:對於群樁基礎之容許 水平變位量,在常時與短期載重情況下,一般以限制在彈性變位量內 為原則,因此除非上部構造物對變位量有非常嚴格之要求,否則容許 水平變位量為樁基礎本身所控制;依據載重試驗結果,單樁基礎彈性 變位量多在樁徑之1%或 1.5 公分以內。至於在設計地震情況下,考量 基礎修復之困難度,群樁基礎之容許水平變位量應限制在基礎系統之 降伏點範圍內,或以5cm 為限。在最大考量地震情況下,群樁基礎之 容許水平變位量應以所承結構物之容許變位量為限。 六、 第六章 柱狀體基礎: 本章為此次修訂時修正幅度最大的部分,除修正原有沉箱基礎之相 關內容至「6.2 沉箱基礎」(共 15 條)外,並增訂下列三節: 1. 增訂「6.1 通則」,共 4 條規定:

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建築物基礎構造設計規範之修正研擬 主要定義柱狀體基礎之分類,包含:沉箱基礎、井式基礎、箱型連 續壁基礎,如圖-解 6.1-1 所示。 (a)沉箱基礎 (b)井式基礎 (c)箱型連續壁基礎 圖-解 6.1-1 柱狀體基礎 2. 增訂「6.3 井式基礎」,共 16 條規定: 國內公共工程建設使用井式基礎的案例已逐漸增多,故增訂此 節以應工程設計之需要。井式基礎之型式與沉箱類似,其分析方法 亦類似,但其施作方式不同,分析設計時應考量場址特性與施工之 影響;主要考量為斜坡面上基礎土壤彈簧及地盤反力上限值之折減、 以及周面摩擦力之考量,在新訂之規範內均有詳細之規訂。 3. 增訂「6.4 箱型連續壁基礎」,共 12 條規定: 國內大型公共工程建設與大樓建築使用壁樁的情形已日漸普遍, 將來若將密集之壁樁連接成閉合型,則成為箱型連續壁基礎,其具 有很大之支承能力與側向剛度,非常適合大規模工程使用,故增訂 此節以應工程設計之需要。本節詳述箱型連續壁基礎之分析模式、 地盤反力係數之選用方式、以及斷面設計等細節。 本章修訂後之內容較原規範僅有沉箱基礎一種,可說是大幅擴充, 使包含井式基礎與連續壁基礎,已涵蓋大部分之柱狀體基礎,修正後之 內容已趨大致完整,適合未來工程設計之使用。 七、 第七章 擋土牆: 本章主要修正被動土壓力,以及增列柔性擋土牆之設計原則等,如下:

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第 三 章 研 究 成 果 19 1. 修正被動土壓力之計算方式 舊有規範中,被動土壓力之計算方式採Coulomb 土壓力,其計算結 果偏高,故此次修訂時增加Caquot-Kerisel 土壓力的計算方式,使更符 合工程應用需求。 2. 增訂柔性擋土牆之設計原則 舊有設計規範中僅有剛性擋土牆之設計,而工程實務上使用柔性擋 土牆之案例非常多,例如鋼板樁、排樁等,故本次增訂柔性擋土牆設計 部分,共有三條,分別為:7.5.1 一般說明、7.5.2 牆體變位與側向土壓 力、7.5.3 懸臂式擋土牆分析與設計。 主要說明柔性擋土牆設計之基本要求有二: (1) 各部位之材料要維持在容許強度以內。 (2) 擋土牆之側向變位量要控制在容許範圍以內。 3. 修正地下牆設計之規定 原有設計規範中對於地下牆之設計,規定混凝土之容許壓應力不得 大於規定壓力強度之四分之一,且不得大於70kgf/c ㎡。此項規定乃容 許應力設計法之限制條件,使得工程設計時產生困難,而目前混凝土設 計已採強度設計法,此項規定已不合時宜,故予刪除。 八、 第八章 深開挖工程: 近年來,國內深開挖工程之設計與施工技術進步很多,本章檢討修正 使包含已廣泛應用之扶壁、地中壁與地盤改良等項目;另亦應增加鄰房保 護、近接施工等項目之規定。主要修正項目概述如下: 1. 基礎開挖擋土設計之基本原則 強調基礎開挖擋土設計之基本原則,為確保開挖時基地內及其鄰 近範圍之安全,須依各工址條件考慮以下之基本需求: (1) 開挖擋土措施穩定性檢核 (2) 擋土壁變位量控制

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建築物基礎構造設計規範之修正研擬 (3) 擋土壁背側之地面沉陷推估 (4) 沉陷對鄰近結構設施之影響 2. 說明鄰近結構物保護工法之種類 基礎開挖擋土設計時,如評估結果顯示當基礎開挖會造成鄰近結 構物超出允許殘餘變位量,則需進行鄰近結構物保護工法設計。保護 工法包含: (1) 擋土支撐結構增強工法 (2) 地中壁工法 (3) 扶壁工法 (4) 土質改良工法 (5) 其他工法(托底工法、鄰近結構物臨時支撐、結構補強…等) (6) 工址鄰近重要交通設施(捷運、高鐵、臺鐵等)時,應依其相關法 令之要求,於基礎設計階段納入考量。 3. 地中壁與扶壁之應用 擋土設施使用連續壁時,有時為加強抑制變位以減少對周圍環境 之影響,常輔以地中壁(Cross wall) 、扶壁(Buttress)或兩者共用。本章 增列地中壁與扶壁之設計原則。 A. 地中壁設計時須考慮之要項包含如下: (1) 臨時擋土支承:地中壁用於臨時性擋土結構,主要為抑制擋土 壁體變形,其力學作用機制類似水平支撐構件,惟此混凝土支 撐構件於地下開挖前已構築完成,亦即於地下開挖前已存在此 一支撐構件。 (2) 基礎工程需求:地中壁若兼作永久結構體使用,其功用除抑制 擋土壁體變形外,亦可包含承載、抗浮或控制差異沉陷量等, 其力學作用機制類似梁桿件,所承受之載重經地中壁傳遞至兩 端連續壁。 (3) 地中壁間距:地中壁具有類似連續壁之角隅效應,地中壁設置 處之壁體側向位移最小,距地中壁愈遠,束制效果減小,側向

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第 三 章 研 究 成 果 21 位移增大,故設計需考慮地中壁間距對壁體變位抑制效果。 (4) 地中壁深度:不同頂部高度或底部深度,對抑制壁體變位效益 有影響。 (5) 施工工序:地下構造物開挖及構築方法不同或地中壁移除時機 不同,對壁體變形皆有影響。 B. 內扶壁設計時須考慮之要項包含如下: (1) 地質條件:扶壁設計受地質條件影響頗巨,例如:扶壁底部是 否座落於承載層(或地中壁)、軟弱黏土層與壁面間之摩擦力是 否有效…等。 (2) 扶壁長度:足夠的設計長度,才能產生額外被動阻抗。 (3) 扶壁間距:扶壁配置不同間距,對抑制擋土壁體變位效益不同。 (4) 扶壁深度:同地中壁。 (5) 施工工序:同地中壁。 (6) 扶壁側向位移量:扶壁需有足夠位移,才能驅動摩擦扺抗。 (7) 基礎工程需求:開挖面下之扶壁兼作壁樁使用。 4. 增列擋土開挖分析模式 目前國內擋土開挖分析已普遍使用彈塑性分析模式,本次修訂增 列彈塑性分析模式(六),如圖-解 8.7-5 所示,其重點為考慮開挖區內 外之土壓力大小隨擋土結構變形量改變;當擋土結構變位為零時,開挖 區內外之土壓力均為靜止土壓力;當土壓力受擋土結構變位影響而逐漸 改變時,其極限值為主動土壓力或被動土壓力。 圖-解 8.7-5 彈塑性分析模式圖之三

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建築物基礎構造設計規範之修正研擬

5. 修正側向壓力平衡之計算方式

以往側向壓力平衡之計算方式均採用力矩平衡之安全係數計算,本 次修正時參考Burland et. al.(1981)、英國 CIRIA580(2003)及 Eurocode 7 的建議,採用土壤參數折減之方式(除以安全係數)計算側向壓力之力矩 平衡,使在極限狀態時擋土壁前方及後方的土壤分別達到被動破壞及主 動破壞,藉以達到安全係數為 1.2 以上之要求。此種計算方式可使分析 結果更加合理,修正以往分析所產生之困難。 6. 修改開挖安全監測頻率 舊版規範對於安全監測頻率之規定過於簡略,工程實務上,目前 開挖監測已有很多項目採用電子式自動記錄,故此次修正時參考建研所 研究報告「建築物基礎施工災害監測系統配置基準之研究」之建議,修 正為較符合工程使用之規定。 九、第九章 地質改良: 增訂各種地質改良方法之設計原則,主要包含下列三大項: 1. 加密法之設計原則 加密法為地層改良常用之工法,主要有(1)表層夯實法、(2)動力夯 實、(3)擠壓砂樁法、(4)振沖壓實法等。前三者為國內較常使用者,故 本次修訂時針對前三者之設計原則作較具體之敘述,概述如下: (1).表層夯實-以人工或夯壓機械夯實。設計考量重點包括:施工條件、 夯實能量、相對夯實度、以及工地檢測方法等。 (2).動力夯實-利用吊高重錘自由落下,反復多次夯擊地面使地層壓實。 設計考量重點包括:動力夯實之壓密機制、改良深度與夯擊能量 之關係、震動及噪音之考量等。 (3).擠壓砂樁-以鋼管採擠壓方式將填砂貫入地層成砂樁,地層因受擠 壓而密化之工法。 2. 地層固化法 本 方 法 係 利 用 添 加 物 改 良 土 壤 之 物 理 及 化 學 性 質,本 次 修

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第 三 章 研 究 成 果 23 訂 時 增 述 各 常 用 方 法 之 設 計 資 料 供 參 考 , 包 括 下 列 三 種 工 法 : (1) 表層加固法 (2) 深層攪拌法 (3) 高壓噴射法 3. 灌漿工法之設計原則 灌漿工法為土質改良最常用之工法,尤其是工程災變時更是救災 應變之最主要工法,故本次修訂時針對灌漿工法之設計原則增列詳盡 之說明。灌漿設計之要點為: (1) 調查灌注地層之類別及空隙率 (2) 依目的設計灌注量 (3) 選擇灌漿類別 (4) 預期灌注滲入之機制與範圍 (5) 灌注壓力之範圍 (6) 灌漿效果之檢測 十、第十章 土壤液化: 針對2016 年 0206 美濃地震造成台南市部分地區產生土壤液化災害, 行政院指示應盡速頒佈全國土壤液化潛勢圖,故亟須盡速修訂現有規範之 相關內容。本次修訂之內容主要包括: (1).液化評估方法,建議採用本土性雙曲線(HBF)法、NCEER(1997)與 AIJ(2001)法; (2).增加液化沉陷之評估法; (3).修正液化土質參數折減之相關規定; (4).增訂液化耐震設計章節。 使修正後之內容包含分析與設計,內容更加完整。

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第 四 章 結 論 與 建 議 25

第 四 章 結 論 與 建 議

第一節 結論

現有「建築物基礎構造設計規範」(民國 90 年版)仍採用工作載重設計法, 以安全係數為主要之設計依據,雖然目前世界各主要國家的工程設計規範均已 逐步走向性能設計化,但考量國內現有規範之架構、以及工程設計經驗與慣例, 目前要將現有規範修正為完全採用性能設計法將會有很大之困難。故本研究之 修訂方向乃決定沿用國內工程界慣常使用之工作載重設計法,惟於各基礎之設 計方法中逐步引入性能設計之觀念,對於不同之設計情況(載重),規定分析設 計時應考量所設計結構物與基礎之性能需求,針對容許載重與容許位移依設計 載重情況作適度之考量與規定,使其逐步走向性能設計化之方向,以因應世界 規範發展之潮流。 針對現有「建築物基礎構造設計規範」(民國 90 年版)之各章節,本研究 採分階段逐章修正,針對現有規範之十章進行修正研擬,研究成果概述如下: 一、第一章 總則: 增訂「1.7 基礎之分析與設計」一節,主要原因乃由於工程實務中所使用 土壤分析模式有時不太正確,許多工程師觀念不甚清楚,認為土壤的不排水分 析可以使用三軸壓密不排水試驗總應力莫耳圓包絡線的強度參數,以致造成錯 誤的分析結果,影響建築物之安全性。有鑑於此,在第一章中增訂條文 1.7 節。此外,本章亦增訂「1.8 基礎設計之性能考量」一節,敘述基礎設計應考 量建築物與基礎之性能要求,應考慮在建築物的使用期間,所設計基礎之受力 與變位不超過對應各種設計載重之限界狀態,以能滿足建築物之安全性、修復 性與使用性等各種性能需求。 二、第二章 基礎載重: 原有規範「2.4 風力與地震力」一節中之地震力係民國 89 年底頒布之地 震分區,現行「建築物耐震設計規範與解說」已經數次修正改採用均佈危害度 之分析結果,故原有規範之地震力規定已不再適用,本次修正將其刪除,修正 為符合現行「建築物耐震設計規範與解說」(2005)之地震力規定,使基礎設計 所採用之地震力與建築物耐震設計規範一致,上部結構與基礎之耐震設計才具 有一致之規定與標準。 三、第三章 地基調查: 修訂「3.1.3 一般要求」與「3.1.4 特殊要求」兩節,以及增訂「3.1.5 位於地質敏感區基地之地質調查」。

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建築物基礎構造設計規範之修正研擬 四、第四章 淺基礎: 淺基礎為一般建築物最常使用之基礎型式之一,以往工程設計時較注重 容許承載力之計算,然而淺基礎之工程問題其實在於沉陷問題,故本次修正主 要在於強調沉陷分析及可使用之分析模式之規定,以及容許沉陷量之規定與修 正。 五、第五章 樁基礎: 調整「5.1 通則」與「5.2 基樁設計原則」,以及修正「5.3.1 單樁容 許垂直支承力」、「5.3.2 單樁拉拔力」、「5.5.1 單樁沉陷量分析」與「5.5. 容許變位量」內容。 六、第六章 柱狀體基礎: 本章為此次修訂時修正幅度最大的部分,除修正原有沉箱基礎之相關內 容至「6.2 沉箱基礎」(共 15 條)外,並增訂「6.1 通則」、「6.3 井式基礎」、 「6.4 箱型連續壁基礎」等三節,修正後之內容已趨大致完整,適合未來工程 設計之使用。 七、第七章 擋土牆: 本章主要修正被動土壓力,以及增列柔性擋土牆之設計原則等。 八、第八章 深開挖工程: 近年來,國內深開挖工程之設計與施工技術進步很多,本章檢討修正使 包含已廣泛應用之扶壁、地中壁與地盤改良等項目;另亦應增加鄰房保護之規 定。 九、第九章 地質改良: 增訂各種地質改良方法如加密法、地層固化法、灌漿工法等之設計原則。 十、第十章 土壤液化: 針對 2016 年 0206 美濃地震造成台南市部分地區產生土壤液化災害,行 政院指示應盡速頒佈全國土壤液化潛勢圖,故亟須盡速修訂現有規範之相關內 容。本次修訂之內容主要包括:(1)液化評估方法,建議採用本土性雙曲線(HBF) 法、NCEER(1997)與 AIJ(2001)法;(2)增加液化沉陷之評估法;(3)修正液化 土質參數折減之相關規定;(4)增訂液化耐震設計章節,使修正後之內容包含 分析與設計,內容更加完整。

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第 四 章 結 論 與 建 議 27

第二節 建議

建議一 進行「建築物基礎構造設計規範修正草案」審查:立即可行建議 主辦機關:內政部營建署 協辦機關:內政部建築研究所、財團法人中華民國大地工程學會 本研究計畫所完成之「建築物基礎構造物設計規範」修訂草案具有很大 幅度之修正,比起民國 90 年頒布之「建築物基礎構造物設計規範」版本,內 容大幅增加,應可符合工程界設計之需求,且研究成果經中華民國大地工程學 會規範委員會審查,並已於台北與台南分別舉辦公開說明會,蒐集各方意見再 加修正,使修訂之規範能更臻完善、更能配合現況需求,以符國內基礎設計分 析之需要。由於變動幅度較大,建議將修訂完成之新版本草案整本提送內政部 營建署審查,以更新現有之「建築物基礎構造物設計規範」,早日頒布供工程 界使用。 建議二 舉辦「建築物基礎構造設計規範修正草案講習」:中長期建議 主辦機關:內政部營建署 協辦機關:內政部建築研究所、財團法人中華民國大地工程學會 本所後續將與中華民國大地工程學會審慎檢視各界反映意見,並妥適納 入修正草案內容,及持續協助營建署辦理研究成果推廣講習。

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參 考 文 獻 29

參 考 文 獻

1. 內政部(2001),「建築技術規則」,營建雜誌社出版。 2. 內政部營建署(2005),「建築物耐震設計規範」。 3. 內政部營建署(2001),「建築物基礎構造設計規範」,中華民國大地工程 學會,台北。 4. 社團法人日本建築學會(2001),「建築基礎構造設計指針」。 5. 社團法人日本道路協會(JRA)(2012),「道路橋示方書同解說-IV 下部構 造篇」。 6. 社團法人鐵道總合技術研究所(RTRI)(2012),「鐵道構造物等設計標準同 解說-基礎構造物」,丸善出版社。 7. 社團法人日本土質工學會(1993),「樁基礎設計法同解說」。 8. 社團法人日本地盤工學會(2006),「基於性能設計概念的樁礎構造物設計 原則」,地盤工學會基準,JGS 4001-2004。 9. 陳正興等(2009),「公共工程性能設計準則之研究」,行政院公共工程委 員會專案研究計畫,研究報告0970302。 10. 陳正興、黃俊鴻(2016),「基礎性能分析」,地工叢書之十一,財團法人 地工技術研究發展基金會發行。 11. 陳正興等(1999),「基礎構造設計模式合理化之探討」,內政部建築研究 所研究報告。 12. 陳正興等(2005),「土壤液化對交通結構物之影響及液化潛能評估方法與 災害分析模式之研究」,交通部科技顧問室。 13. 邱俊翔、陳正興(2005),「側向載重樁之溫克地盤反力模數」,中國土木 水利工程學刊,第17 卷,第 2 期,頁 311-320 (2001)。

14. CEN (1997), “ENV 1997-1 Eurocode 7 Geotechnical Design, Part 1, General Rules,” ENV version.

15. Building Seismic Safety Council (2003), .FEMA-450, “Recommended provisions for seismic regulations for new buildings and other structures Part1: Provisions,” Washington DC, Building Seismic Safety Council, National Institute of Building Sciences.

16. ICC (2006), International Building Code (IBC 2006), International Code Council, Whittier, CA.

17. Joint Research Center (2008), “THE EUROCODES: IMPLEMENTATION AND USE”.

18. Japan Society of Civil Engineers (JSCE) (2003), “Principles, guidelines and terminologies for structural design code drafting founded on the performance

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建築物基礎構造設計規範之修正研擬

based design concept ver.1.0 (code PLATFORM ver.1.0)”.

19. International Standard ISO2394(1998),General principles on reliability for structures.

20. Japanese Geocode 21(2006), Principles for Foundation Designs Grounded on a Performance-based Design Concept, Japanese Geotechnical Society.

21. Chang, Y.L. (1937), “Discussion on lateral pile-loading test by Feagin,” Transactions, ASCE, Paper 1959, pp.272-278.

22. Hetenyi, M. (1946), Beams on Elastic Foundations, University of Michigan Press, Ann Arbor, Mich.

23. Hsiung, Y. M., Chen, S. S. and Chou, Y. C. (2006), “Analytical Solution for Piles Supporting Combined Lateral Loads”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol. 132, No.10, p.1315-1324.

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附 錄 A「 建 築 物 基 礎 構 造 設 計 規 範 」 修 訂 內 容 對 照 表

附 錄 A

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「建築物基礎構造設計規範」修訂內容對照表

2017/6/26 項 次 頁碼 原章節內容 頁碼 修(增)訂章節內容 修訂(原因)說明 1.1 1-1 第一章 通則 >>1.2 適用範圍 本規範適用於一般建築物構 造之地基調查、基礎設計與施 工。如引用特別調查、試驗、研 究、特殊技術、新材料及新工法 等,而能證明建築物基礎符合安 全使用之目的者,得不依本規範 辦理。 特殊地盤之建築,如山坡地 等,除依照本規範外,應另遵照 其他相關規範之規定辦理。 1-1 第一章 通則 >>1.2 適用範圍 本規範適用於一般建築物構造之地基調查、基礎設 計與施工。如引用特別調查、試驗、研究、特殊技術、 新材料及新工法等,而能證明建築物基礎符合安全使用 之目的者,得不依本規範辦理。 特殊地盤之建築,如山坡地等,除依照本規範外, 應另遵照其他相關法令與規範之規定辦理。 1. 第一項增列新材料 及新工法等,使更 完整。 2. 第二項增列法令, 使更完整。 1.2 1-2 第一章 通則 >>1.4 基礎型式 2. 深基礎:利用基礎構造將建築 物各種載重間接傳遞至較深地層 中者,如樁基礎、柱狀體沉箱基 礎等。 1-2 第一章 通則 >>1.4 基礎型式 2. 深基礎:利用基礎構造將建築物各種載重間接傳遞至 較深地層中者,如樁基礎、柱狀體基礎等。 配合第六章之修正,將 沉箱基礎改為柱狀體 基礎,並於解說中說明 柱狀體基礎 ,使更完 整。 1.3 1-3 第一章 通則 >>1.5 基礎支承力與變形 基礎之支承力與變形應依基礎 1-3 第一章 通則 >>1.5 基礎支承力與變形 基礎之支承力與變形應依基礎型式作下列力學方面 1. 強調基礎之設計除 應檢核支承力外, 亦應檢核其變形

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「建築物基礎構造設計規範」修訂內容對照表

2017/6/26 項 次 頁碼 原章節內容 頁碼 修(增)訂章節內容 修訂(原因)說明 型式作下列力學方面之考慮︰ 1. 作 用 於 直 接 基 礎 之 各 種 載 重,係由基礎底面之垂直反力、 底面摩擦阻力及基礎版前之側向 反力承擔,以計算基礎之受力與 變形。 2. 作用於樁基礎之各種載重係 由樁之底面垂直反力、樁身表面 摩擦力及側向反力承擔,以計算 基礎之受力與變形。 3. 作用於柱狀體沉箱基礎之各 種載重係由基礎沉箱底面之垂直 反力、底面摩擦阻力及基礎側面 之反力與摩擦力側向反力承擔, 以計算基礎之受力與變形。 4. 綜合基礎構造係指採用前述 兩種以上之基礎型式共同支承上 部結構物之載重。 5. 基礎受載重作用所產生之變 形不應影響建築結構物之功能性 與安全性。 之考慮︰ 1. 作用於直接基礎之各種載重,係由基礎底面之垂直反 力、底面摩擦阻力及基礎版前之側向反力承擔,以計算 基礎之受力與變形。 2. 作用於樁基礎之各種載重係由樁之底面垂直反力、樁 身表面摩擦力及側向反力承擔,以計算基礎之受力與變 形。 3. 作用於柱狀體基礎之各種載重係由基礎底面之垂直 反力、底面摩擦阻力及基礎側面之反力與摩擦力共同承 擔,以計算基礎之受力與變形。 4. 綜合基礎構造係指採用前述兩種以上之基礎型式共 同支承上部結構物之載重。 5. 基礎受載重作用所產生之變形不應影響建築結構物 之功能性與安全性。 【解說】 作用於直接基礎、樁基礎、柱狀體基礎及綜合基礎之各 種載重及土壤反力,如圖-解 1.5-1 所示。各種基礎之斷 面及配筋須足夠承受上述外力作用,而基礎尺寸須足以 使基地土壤所承受之垂直力與水平力小於土壤之容許 支承力,基礎之變形應小於基礎之容許變形量。基礎容 許變形量之決定與建築結構物的種類、功能、安全與特 2. 條文配合第六章之 修正,將沉箱基礎 改為柱狀體基礎, 使更完整。 3. 【 解 說 】 第 二 段 中將”堅硬地盤” 改 為 ”較堅 硬 地 盤”,另增加”評 估”兩字,以符實 際情況。

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「建築物基礎構造設計規範」修訂內容對照表

2017/6/26 項 次 頁碼 原章節內容 頁碼 修(增)訂章節內容 修訂(原因)說明 【解說】 作用於直接基礎、樁基礎、柱狀 體沉箱基礎及綜合基礎之各種載 重及土壤反力,如圖-解 1.5-1 所 示。各種基礎之斷面及配筋須足 夠承受上述外力作用,而基礎尺 寸須足以使基地土壤所承受之垂 直力與水平力小於土壤之容許支 承力,基礎之變形應小於基礎之 容許變形量。 一般樁基礎考慮由基樁承受 基礎上方全部的載重,將其傳遞 至深層堅硬地盤,但在堅硬地盤 極深的情況下,增加樁長並不合 經濟原則,故近年來亦有採用將 基礎載重分由樁與基礎版底及周 圍土壤共同分擔的綜合基礎方式 進行設計,惟分析所採用之樁與 地盤之彈簧係數,目前並無確切 之準則可依循,使用時應經審慎 分析並證明其安全性。 殊需求有關。 一般樁基礎考慮由基樁承受基礎上方全部的載重, 將其傳遞至深層較堅硬地盤,但在較堅硬地盤極深的情 況下,增加樁長並不合經濟原則,故近年來亦有採用將 基礎載重分由樁與基礎版底及周圍土壤共同分擔的綜 合基礎方式進行設計,惟分析所採用之樁與地盤之彈簧 係數,目前並無確切之準則可依循,使用時應經審慎評 估分析並證明其安全性。

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2017/6/26 項 次 頁碼 原章節內容 頁碼 修(增)訂章節內容 修訂(原因)說明 1.4 1-4 第一章 通則 >>1.6 基礎規劃設計原則 1. 基礎之設計,主要在選擇合適 之基礎型式及尺寸,除滿足基 礎之容許支承力外,並須檢核 以確保所支承之建築構造物 不致發生不可接受之變形或 傾斜,而符合建築物之使用需 求。 【解說】 本節條列各項基礎之規劃設 計原則,供規劃設計者參考檢 核。基礎設計不僅應考慮本身所 支承構造物之特性,視其結構型 式、使用目的、規模及重要性等 而作必要之規劃設計,除滿足基 礎之容許支承力外,並須檢核所 支承建築構造物不致發生不可接 受之變形或傾斜,而符合建築物 之使用需求。此外,且須同時考 量基地周圍之環境因素,檢討施 1-4 第一章 通則 >>1.6 基礎規劃設計原則 1.基礎之設計,主要在選擇合適之基礎型式及尺寸,除 滿足基礎之容許支承力外,並須檢核所支承之建築構造 物不致發生不可接受之變形或傾斜,而符合建築物之使 用需求。 【解說】 本節條列各項基礎之規劃設計原則,供規劃設計者 參考檢核。基礎設計不僅應考慮本身所支承構造物之特 性,視其結構型式、使用目的、規模及重要性等而作必 要之規劃設計,除滿足基礎之容許支承力外,並須檢核 所支承建築構造物不致發生不可接受之變形或傾斜,而 符合建築物之使用需求。此外,且須同時考量基地周圍 之環境因素,檢討施工之可行性及安全性等,妥為規劃 設計。 增加說明除滿足基礎 之容許支承力外,並須 檢核所支承之建築構 造物不致發生不可接 受之變形或傾斜,而符 合建築物之使用需求。

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2017/6/26 項 次 頁碼 原章節內容 頁碼 修(增)訂章節內容 修訂(原因)說明 工之可行性及安全性等,妥為規 劃設計。 1.5 — — 1-5 第一章 通則 >>1.7 基礎分析之土壤應力模式 基礎分析設計時,針對基礎承受之各種設計載重特性及 加(減)載作用狀況,必須先研判基礎地層所受應力及排 水狀態。原則上,排水狀態必須採用有效應力分析,不 排水狀態應採用不排水狀態下之有效應力或總應力分 析。 【解說】 地層排水、不排水或部分排水狀態與其所承受之載重特 性、應力狀態及土壤透水性相關,工程師需依現場基礎 地層構成情況與地層材料應力行為研判適宜之分析方 式。有效應力分析係將土壤與孔隙水視為二個相位材料 而進行分析。有效應力排水分析時,應依據排水狀態計 算孔隙水壓力,並需使用土壤的有效應力參數(如強度 參數c、),即可進行分析。不排水狀態採有效應力 分析時,除了使用土壤的有效應力參數外,尚須計算孔 隙水壓力(包括靜止水壓及超額孔隙水壓)。由於計算孔 隙水壓力過程複雜,有效應力不排水分析一般多用於有 限元素法分析。 總應力分析時,係將土壤與水當作一個相位材料, 本條新增,參考中華民 國大地工程學會(2017) 之規範版本,將其「1.7 基礎之設計與分析」修 改為「1.7 基礎分析之 土壤應力模式」。

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2017/6/26 項 次 頁碼 原章節內容 頁碼 修(增)訂章節內容 修訂(原因)說明 因此不考慮地層孔隙水壓力或地下水位之變化。例如對 飽和粘土而言,應該使用 =0 的概念,因為其分析隱含 有效應力的原理,對長期荷重狀態如果導致有效應力下 降,應考量強度隨應力之變化,或採用有效應力分析並 考慮孔隙水壓力隨應力之變化;而三軸壓密不排水試驗 之總應力莫耳圓包絡線之強度參數(cT、T),不具有 效應力的概念;若採用此等參數進行分析,將影響分析 結果之代表性。 1.6 — 1-6 第一章 通則 >>1.8 基礎設計之性能考量 基礎設計之性能要求,應考慮在建築物的使用期間, 所設計基礎之受力與變位不超過對應各種設計載重之 限界狀態,以能滿足建築物之安全性、修復性與使用性 等各種性能需求。 【解說】 (見修訂草案) 為順應世界規範發展 之潮流,故增訂「1.8 基 礎設計之性能考量」一 節,敘述基礎設計應考 量性能需求。

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2017/6/26 項 次 頁碼 原章節內容 頁碼 修(增)訂章節內容 修訂(原因)說明 2.1 2-2 第二章 基礎載重 >>2.4風力及地震力 建 築 物 所 受之 風 力及 地 震 力,應分別依「建築構造編」第 一章第四節及第五節之規定計 算。基礎之設計應考慮上述地震 載重所增加於基礎之壓力、上拔 力及側向作用力之影響。 地震時有土壤液化可能之建 築基地,必要時建築物基礎應考 慮液化後基礎承載力驟減及土壤 流動所造成之影響。 【解說】 依內政部之「建築物耐震設 計規範與解說」,台灣地區之震區 原劃分為四區,但經民國 88 年 9 月 21 日集集大地震造成房屋倒 塌及重大傷亡之災難後,內政部 營建署已發佈命令重新調整震 區,分為地震甲區與地震乙區, 如圖-解 2.4-1 所示,二震區之工 址水平加速度係數分為 0.33 與 2-2 第二章 基礎載重 >>2.4 地震力 建築物所受及地震力,應分別依「建築構造編」第 一章第五節之規定計算。基礎之設計應考慮地震載重所 增加於基礎之壓力、上拔力及側向作用力之影響。 地震時有土壤液化可能之建築基地,必要時建築物 基礎應考慮液化後基礎承載力驟減及土壤流動所造成 之影響。 【解說】 依內政部之「建築物耐震設計規範與解說」,建築物及 其基礎均須進行在中小地震、設計地震及最大考量地震 等三種地震水準下之耐震設計,亦須進行基地之土壤液 化潛能評估,作為建築基礎設計之依據,以確保地震作 用時基地及基礎之安全性。 「建築物耐震設計規範與解說」中之三級地震定義 為: (1) 中小度地震:為回歸期約 30 年之地震,其 50 年超 越機率約為 80 %左右,所以在建築物使用年限中發 生的機率相當高,因此要求在此地震作用下建築物 與基礎之使用功能應不致受損。 1. 將 風 力 另 訂 為 2.5 風力,兩者屬性不 同。 2. 依現行建築物耐震 設計規範修訂,使 包含中小地震、設 計地震及最大考量 地震等三種地震水 準。 3. 說明三級地震之定 義 及 設 計 考 慮 原 則。 4. 圖-解 2.4-1 台灣地區 震區劃分圖為 89 年 所訂,已不適用,故 刪除。 5. 圖-解 2.4-2 土壤液化 後地盤流動對樁基 礎的損害,移至第五 章樁基礎中。

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2017/6/26 項 次 頁碼 原章節內容 頁碼 修(增)訂章節內容 修訂(原因)說明 0.23。各震區所包括之行政區範 圍詳列於該規範中,位於各震區 之建築物及基礎均須依「建築構 造編」之規定進行耐震設計,必 要時亦須進行基地之土壤液化潛 能評估,作為建築基礎設計之依 據,以確保地震作用時基地及基 礎之安全性。 建築物所受之風力及地震力於 結構分析時,均簡化為作用於各 樓版之水平集中力,該作用力將 對基礎構造物造成垂直壓力、上 拔力、水平剪力以及彎矩之作 用,使基礎土壤承受壓力、剪力 及側向力之作用,於基礎設計時 均須考慮各種可能的載重情況, 分析其應力狀態,採取適當的設 計。 對於地震時可能發生土壤液 化之建築基地,往往因地形效應 而發生地盤流動現象,對建築物 基礎造成很大之擠壓力;若為樁 基礎,地盤液化可能使樁周土壤 強度驟減或產生流動現象,而發 (2) 設計地震:為回歸期 475 年之地震,其 50 年超越機 率約為 10 %左右。於此地震水準下建築物與基礎不 得產生嚴重損壞,於震後可以修復。 (3) 最大考量地震:為回歸期 2500 年之地震,其 50 年 超越機率約為 2 %左右。於此地震水準下建築物與 基礎不產生倒塌,以避免造成嚴重之人命損失或造 成二次災害。 建築物所受之地震力於結構分析時,均簡化為作用於 各樓版之水平集中力,該作用力將對基礎構造物造成垂 直壓力、上拔力、水平剪力以及彎矩之作用,使基礎土 壤承受壓力、剪力及側向力之作用,於基礎設計時均須 考慮各種可能的載重情況,以及土壤結構互制作用之影 響,分析其應力狀態,採取適當的設計。 對於地震時可能發生土壤液化之建築基地,建築物 基礎設計除須考慮結構物承受地震力之影響外,尚須考 慮下述影響: (1)土壤液化使基礎土壤承載力減少或完全喪失; (2)土壤液化後可能造成地盤側向流動,對建築物基礎造 成很大之側向擠壓力; (3)土層即使未液化,也可能因地震作用而發生整體或局 部沉陷現象,使結構物承受額外之應力。

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2017/6/26 項 次 頁碼 原章節內容 頁碼 修(增)訂章節內容 修訂(原因)說明 生破壞,如圖-解 2.4-2 所示。1995 年日本阪神大地震時,大阪灣兩 個人造島嚴重液化,人造島的護 岸因地盤流動而嚴重破壞,而緊 鄰護岸之港站大樓,因設計時已 事先考慮土壤液化之可能,除設 計有樁基礎並同時進行地盤改 良,地震後該大樓並未受損,而 其他高樓建築則普遍產生傾斜現 象。因此,建築物基礎設計除須 考慮結構物承受地震力之影響 外,尚須考慮下述影響: (1)土壤液化使基礎土壤承載力 減少或完全喪失; (2)土壤液化後可能造成地盤側 向流動,對建築物基礎造成很大 之側向擠壓力; (3)土層即使未液化,也可能因地 震作用而發生整體或局部沉陷現 象,使結構物承受額外之應力。 圖 -解 2.4-1 台 灣 地 區 震 區 劃 圖刪除

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2017/6/26 項 次 頁碼 原章節內容 頁碼 修(增)訂章節內容 修訂(原因)說明 分 圖 圖 -解 2.4-2 土 壤 液 化 後 地 盤 流 動 對 樁 基 礎 的 損 害 2.2 2-2 2-3 第二章 基礎載重 >>2.5風力 基礎構造物所承建築物之風力載重應依照內政部公布 之最新版「建築物耐風設計規範及解說」相關規定進行 計算。 【解說】 基礎構造物之設計應考慮其上建築物所受之風力作 用,風力載重大小與建築物的種類(用途係數)、幾何條 件、開口狀況、基本設計風速,高度、地形、地況種類、 地理位置、陣風反應等因素有關,應依照內政部公布之 最新版「建築物耐風設計規範及解說」相關規定,依據 實際資料進行計算。 新增「2.5 風力」一節, 以下各節編號依序增 加。 2.3 2-7 2-6 第二章 基礎載重 >>2.10其它環境載重 建築物基礎構造設計時須考量基地周圍環境變化 所造成之額外載重或其他不利因素的影響。 【解說】 新增「2.10其它環境載 重」一節,以下各節編 號依序增加。 圖刪除

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2017/6/26 項 次 頁碼 原章節內容 頁碼 修(增)訂章節內容 修訂(原因)說明 長期環境的變化包括大範圍地下水下降所引起的 地盤沉陷對基礎構造物的影響,對於樁基礎主要是負摩 擦力的產生,對於淺基礎則是造成大量的沉陷。還有極 端氣候之降雨與洪水可能造成逕流沖刷作用、地下水及 水壓上升對基礎構造之影響、基地鄰近邊坡滑動對基礎 構造物的擠壓、或鄰近土石流對基礎構造物之衝擊等。 人為環境變化包括鄰近工程填土與開挖(深開挖與 隧道開挖)對基礎地層所產生之變形,基礎構造物因而可 能受到額外載重,產生沉陷與側向變形等。 2.4 2-8 第二章 基礎載重 >>2.10 基 礎 抗 浮 之 安 全 性 【解說】 對 於 基 礎 抗 浮 安 全 性 之 檢 核 , 包 含基 礎 版 底 所 受 上 舉 水 壓 力 與 結 構 物 抗 浮 能 力 之 計 算 , 兩 者 均 包 含 甚 多 之 不 確 定 因 素 , 設 計 者 應 視 工 程 性 質 及 基 地 特 性 審 慎 評 估 之 。 2-8 第二章 基礎載重 >>2.12基 礎 抗 浮 之 安 全 性 【解說】 對 於 基 礎 抗 浮 安 全 性 之 檢 核 , 包 含建 築 物 整 體 之 抗 浮 安 全 性 與 地 下 室 超 挖 範 圍 之 抗 浮 安 全 性 檢 核 , 前 者 係 指 整 體 結 構 物 含 基 礎 之 抗 浮 阻 力 必 須 大 於 基 礎 總 面 積 所 承 受 之 總 浮 力 ; 後 者 係 指 地 下 室 局 部 範 圍 之 抗 浮 安 全 性 , 由 於 建 築 物 地 下 室 之 開 挖 範 圍 往 往 大 於 地 上 結 構 物 之 投 影 面 積 , 地 下 室 超 挖 範 圍 所 承 受 之 浮 力 可 能 大 於 其 上 所 承 地 下 室 之 重 量 , 此 時 應 檢 討 基 礎 版 受 浮 力 作 用 之 應 力 狀 態 , 不 可 超 出 安 全 限 界 , 必 要 時 須 設 計 抗 浮 措 施 , 以 確 保 基 礎 結 構 之 安 全 。 解說增加說明,強調應 檢核建 築 物 整 體 之 抗 浮 安 全 性 與 地 下 室 超 挖 範 圍 之 抗 浮 安 全 性 。

參考文獻

相關文件

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