國際重大震災經驗啟示及建築耐震設計規範因應之研究

內政部建築研究所協同研究報告︵

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3 年度︶

國際重大震災經驗啟示及

建築耐震設計規範因應之研究

內 政 部 建 築 研 究 所 協 同 研 究 報 告

中華民國 103 年 12 月

國際重大震災經驗啟示及

建築耐震設計規範因應之研究

研 究 主 持 人：鄭元良 研 究 人 員：鄒本駒 研 究 人 員：李台光 研 究 人 員：周楷峻 國家地震工程研究中心 協 同 主 持 人：翁元滔 研 究 人 員：柴駿甫 研 究 人 員：鄧崇任 研 究 人 員：吳安傑

內 政 部 建 築 研 究 所 協 同 研 究 報 告

中華民國 103 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）

目 次

目 次 ... I 表 次 ... III 圖 次 ... V 摘 要 ... IX ABSTRACT ... XV 第一章 緒論 ... 1 第一節 研究緣起與背景 ... 1 第二節 國內外建築物耐震設計研究現況與發展方向 ... 4 第三節 研究方法與進度說明 ... 7 第二章 國內外震災經驗 ... 9 第一節 震災資料 ... 9 第二節 國內外建築震災經驗 ... 12 第三章 建築物耐震設計規範修訂沿革 ... 53 第一節 國內外建築物耐震設計規範修訂沿革 ... 53 第二節 國內外設計地震力要求修訂沿革 ... 57 第三節 國內外非結構設計地震力修訂沿革 ... 62 第四節 非建築結構設計地震力要求修訂沿革 ... 68 第四章 建築物近斷層設計地震力要求檢討 ... 73 第一節 前言 ... 73 第二節 活動斷層參數 ... 76 第三節 近斷層調整因子研擬 ... 78 第四節 新增列活動斷層案例說明 ... 81 第五節 近斷層設計地震力要求修正方案 ... 84 第六節 結論 ... 88

第五章 附屬於建築物之結構物部分構體、非結構構材與設備之地震力要求修訂 ... 89 第一節 前言 ... 89 第二節 建築物之結構物部分構體、非結構構材與設備係數列表 ... 91 第三節 構體、構材或設備等之容許地震反應折減係數 ... 94 第四節 最小水平總橫力替代設計公式 ... 99 第五節 附屬於建築物之結構物部分構體、非結構構材與設備條文修改對照表 ... 100 第六章 消能元件性能測試程序執行現況檢討 ... 105 第一節 國內外消能元件性能測試程序與檢核標準比較 ... 105 第二節 國內消能元件性能測試程序執行現況 ... 114 第三節 案例研討 ... 125 第四節 國內消能元件性能測試程序建議方案 ... 132 第五節 挫屈束制支撐性能測試程序建議方案 ... 135 第七章 結論與建議 ... 137 第一節 結論 ... 137 第二節 建議 ... 139 參考書目 ... 143 附錄A 期中專家學者座談會意見與回覆 ... 149 附錄B 期末專家學者座談會意見與回覆 ... 153 附錄C 期中審查意見與回覆 ... 157 附錄D 期末審查意見與回覆 ... 161 附錄E 建築物耐震設計規範及解說建議修訂草案 ... 165 附錄F AISC 341-10 K3 節-挫屈束制支撐之反覆載重驗證試驗 ... 215   

表 次

表2-1 台北市自來水事業處配水池清單 ... 50 表3-1 相似於建築之非建築結構系統韌性容量與高度限制 ... 69  表3-2 非相似於建築之非建築結構系統韌性容量與高度限制 ... 70 表4-1 13 個斷層系統於 PSHA 及 DSHA 分析所使用的參數 ... 77  表4-2 旗山斷層在不同距離下對應之近斷層調整因子建議值 ... 82  表4-3 新增列活動斷層之近斷層調整因子建議值 ... 84 表5-1 建築物部分構體及非結構構材附件係數表 ... 92  表5-2 機電設備附件係數 ... 93 表6-1 消能元件之測試要求 ... 105  表6-2 第四個試驗分類各試驗組須依序進行之試驗項目 ... 105  表6-3 試驗項目之內容與檢核要求(Caltrans) ... 106  表6-4 速度型消能元件於實體試驗與性能保證試驗分別所須進行之試驗項目 ... 107  表6-5 試驗項目之內容與檢核要求(EN 15129) ... 107  表6-6 試驗項目之內容與檢核要求 ... 109  表6-7 油壓阻尼器試驗項目 ... 115  表6-8 液態黏滯阻尼器試驗項目 ... 116  表6-9 黏彈性阻尼器於溫度試驗下之試驗項目 ... 119  表6-10 WES-BRB 試體尺寸與核心鋼材降伏應力... 125  表6-11 WES-BRB 試體圍束單元理論與試驗 DCR 值 ... 125  表6-12 WES-BRB 試體反覆載重試驗加載歷時... 127  表6-13 WES-BRB 試體理論與試驗勁度值及 CPD 值 ... 129   

圖 次

圖2-1 蘆山縣政府外牆損毀情形 (資料來源：林克強等，2013) ... 19 圖2-2 蘆山縣太平中學外牆損毀情形 (資料來源：林克強等，2013) ... 19 圖2-3 輕隔間牆表層脫落 (資料來源：宋裕祺等，2010) ... 21 圖2-4 空心磚隔間牆牆體崩塌 (資料來源：林克強等，2013) ... 21 圖2-5 輕隔間牆歪斜，門無法開啟 (資料來源：宋裕祺等，2010) ... 21 圖2-6 二樓女廁瓷磚掉落 (資料來源：國家地震工程研究中心勘災團隊，2013) ... 22 圖2-7 沿結構牆面之輕鋼架天花板掉落 (資料來源：宋裕祺等，2010) ... 24 圖2-8 蘆山縣人民醫院天花板受損情形 (資料來源：林克強等，2013) ... 25 圖2-9 日本東京九段會館天花板掉落 (資料來源：日本國土交通省，2011) ... 25 圖2-10 屋頂女兒牆底部開裂 (資料來源：林克強等，2013) ... 26 圖2-11 通道出口上方雨遮掉落 (資料來源：姚昭智) ... 27 圖2-12 煙囪傾倒損及建物 (資料來源：ATC, 2011) ... 28 圖2-13 磚造煙囪崩塌 (資料來源：ATC, 2011) ... 28 圖2-14 結構獨立樓梯損壞情形 (資料來源：ATC, 2011) ... 29 圖2-15 梯間構材掉落影響動線 (資料來源：ATC, 2011) ... 29 圖2-16 屋頂電力設備位移 (資料來源：林克強等，2013) ... 30 圖2-17 屋頂電力控制盤傾倒 (資料來源：林克強等，2013) ... 30 圖2-18 熱水儲槽之基礎混凝土龜裂固定螺栓拉拔鬆脫 (資料來源：宋裕祺等，2010) ... 31 圖2-19 水過濾桶傾斜 (資料來源：宋裕祺等，2010) ... 31 圖2-20 RO 水過濾桶與水管相接處斷裂 (資料來源：宋裕祺等，2010) ... 32 圖2-21 管線拉扯天花嵌板導致變形 (資料來源：邱聰智等，2010) ... 33 圖2-22 消防管線斷裂掉落 (資料來源：姚昭智) ... 33 圖2-23 管線與固定之混凝土撞擊 (資料來源：林克強等，2013) ... 34 圖2-24 風管與消防管線相互撞擊 (資料來源：宋裕祺等，2010) ... 36 圖2-25 天花板掉落之出風口 (資料來源：國家地震工程研究中心勘災團隊，2013) ... 36 圖2-26 空調風管掉落情況 (資料來源：國家地震工程研究中心勘災團隊，2013) ... 36

圖2-27 通訊設備傾倒損壞 (資料來源：ATC, 2011) ... 37 圖2-28 支承於懸吊式系統天花 於震後掉落之照明燈具 (資料來源：林克強等，2013) ... 38 圖2-29 固定於上方樓板底部之 懸吊照明設備破壞情形 (資料來源：宋裕祺等，2010) ... 38 圖2-30 未固定基座之儲櫃傾倒 (資料來源：國家地震工程研究中心勘災團隊，2013) ... 39 圖2-31 壁掛式儲櫃歪斜 (資料來源：宋裕祺等，2010) ... 39 圖2-32 書櫃傾倒與位移 (資料來源：宋裕祺等，2010) ... 41 圖2-33 書櫃大量書籍掉落 (資料來源：宋裕祺等，2010) ... 41 圖2-34 書櫃面內方向傾倒 (資料來源：姚昭智) ... 41 圖2-35 書櫃面外方向傾倒 (資料來源：姚昭智) ... 41 圖2-36 化學藥品自儲存櫃掉落外洩 (資料來源：宋裕祺等，2010) ... 42 圖2-37 電腦設備物傾倒 (資料來源：宋裕祺等，2010) ... 43 圖2-38 高架地板倒塌 (資料來源：ATC, 2011) ... 45 圖2-39 高架地板與相鄰牆面撞擊，桁樑與基座固定處脫開 (資料來源：ATC, 2011) ... 45 圖2-40 電梯配重塊脫軌 (資料來源：邱聰智等，2010) ... 47 圖2-41 電梯導靴變型 (資料來源：國家地震工程研究中心勘災團隊，2013) ... 47 圖2-42 輸送帶變形損壞 (資料來源：ATC, 2011) ... 48 圖2-43 2010 年紐西蘭基督城地震配水池損壞情形 (資料來源：Billings, I. and Charman, N., 2012) ... 50 圖2-44 日本能登半島地震上野淨水場次氯酸鈉儲槽損壞情形 (資料來源：日本水道技 術研究センタ) ... 52 圖2-45 日本 311 地震仙台市福岡浄水場消石灰貯槽損壞情形 (資料來源：日本水道技 術研究センタ) ... 52 圖4-1 921 地震上下盤之地震動分佈及建物損傷狀態 (資料來源：國家地震工程研究 中心) ... 73 圖4-2 2010 年地調所公布之第一類活動斷層位置 (資料來源：經濟部中央地質調查 所) ... 74

圖4-3 DSHA 及 PSHA 分析獅潭、屯子腳斷層帶在不同距離下之近斷層調整因子 (資 料來源：國家地震工程研究中心) ... 79 圖4-4 既有斷層之關係係數 η 與回歸期之比較 (資料來源：國家地震工程研究中心) ... 80 圖4-5 旗山斷層在不同距離下對應之近斷層調整因子之比較 (資料來源：國家地震工 程研究中心) ... 81 圖4-6 鄰近旗山斷層，設計地震力需考慮近斷層調整因子的鄉鎮分佈 (資料來源：國 家地震工程研究中心) ... 82 圖4-7 同時鄰近兩條第一類活動斷層工址之設計反應譜比較 (資料來源：國家地震工 程研究中心) ... 83 圖5-1 韌性容量 與容許韌性容量 (資料來源：國家地震工程研究中心) ... 94 圖5-2 地震力折減係數 (資料來源：國家地震工程研究中心) ... 95 圖5-3 地面層 係數值範圍與對應之水平設計加速度(資料來源：國家地震工程研究 中心) ... 97 圖5-4 中間層 係數值範圍與對應之水平設計加速度(資料來源：國家地震工程研究 中心) ... 97 圖5-5 屋頂層 係數值範圍與對應之水平設計加速度(資料來源：國家地震工程研究 中心) ... 97 圖5-6 地面層 係數值範圍與對應之水平設計加速度(資料來源：國家地震工程研究 中心) ... 98 圖5-7 中間層 係數值範圍與對應之水平設計加速度(資料來源：國家地震工程研究 中心) ... 98 圖5-8 屋頂層 係數值範圍與對應之水平設計加速度(資料來源：國家地震工程研究 中心) ... 98 圖6-1 挫屈束制支撐試驗加載歷時 (資料來源：AISC 2010) ... 112 圖6-2 NCREE 減震消能元件測試系統 (資料來源：國家地震工程研究中心) ... 114 圖6-3 油壓阻尼器於風力試驗下之位移與出力關係圖 (資料來源：國家地震工程研究 中心) ... 115 圖6-4 油壓阻尼器之位移與出力關係圖 (資料來源：國家地震工程研究中心) ... 116 圖6-5 液態黏滯阻尼器之位移與出力關係圖 (資料來源：國家地震工程研究中心) ... 116 圖6-6 各速度下出力之實驗值與理論值比較圖 (資料來源：國家地震工程研究中心) ... 117

圖6-7 乾冰包覆阻尼器示意圖 (資料來源：國家地震工程研究中心) ... 118 圖6-8 在不同溫度下於各速度之阻尼器出力實驗值與理論值比較圖 (資料來源：國家 地震工程研究中心) ... 118 圖6-9 溫度試驗配置圖 (資料來源：國家地震工程研究中心) ... 119 圖6-10 黏彈性阻尼器於頻率 0.18 Hz、振幅 30 mm 循環試驗下溫度歷時圖 (15℃) (資 料來源：國家地震工程研究中心) ... 120 圖6-11 黏彈性阻尼器於溫度試驗下之位移與出力關係圖 (資料來源：國家地震工程研 究中心) ... 120 圖6-12 衝程試驗前後阻尼器外觀與外部位移計量測 (資料來源：國家地震工程研究中 心) ... 120 圖6-13 (a)挫屈束制支撐試驗加載歷時; (b)樓層側力與側位移關係(資料來源：國家地 震工程研究中心) ... 122 圖6-14 挫屈束制支撐斷面示意圖（槽接式挫屈束制支撐為例） (資料來源：Tsai et al., 2014) ... 126 圖6-15 構件 WES-02 及 WES-07 試驗配置示意圖 (資料來源：Tsai et al., 2014) ... 128 圖6-16 WES-BRB 試驗及數值模擬之受力與變形關係圖（試體 WES-02 為例） (資料

來源：Tsai et al., 2014) ... 130 圖6-17 WES-BRB 試體在各核心應變階段之 ωE 值 (資料來源：Tsai et al., 2014) ... 130 圖6-18 WES-BRB 試體在各核心應變階段之 βE 值 (資料來源：Tsai et al., 2014) ... 130

摘 要

關鍵詞：耐震設計、消能元件、非結構元件、非建築結構 一 、 研 究 緣 起 本研究計畫旨在針對近年來國際上接連發生帶來重大震害的強烈地震，就其研究 分析結果、勘災紀錄、研究報告與調查結果等，解析及整理這些重大震災對於地震工 程與結構耐震設計的經驗內涵及重要啟示，並蒐集世界各國相關耐震設計規範的因應 策略及修訂內容，以規劃研擬台灣建築物耐震設計規範的修訂方案及發展策略，其中 亦針對附屬構體與非結構構材及設備、非建築結構等規範內容進行檢討及修正研擬， 另外亦就現行隔減震消能元件性能測試程序的執行現況進行調查及可行性檢討。研究 內容分別包含歐美、日本、紐西蘭及中國大陸等近年來國際上所發生的重大震災經驗 及其對地震工程的啟示、世界各國耐震規範近來的修訂方向與內容、台灣建築物耐震 設計規範的修訂策略等三大主題，據以研擬建築物耐震設計規範條文與解說修訂草 案。 二 、 研 究 方 法 及 過 程 從近年來國際接連發生，例如：日本東北大地震及中國汶川地震等重大震害的經 驗與啟示，帶動世界各國重新檢視建築物耐震設計相關規範之規定細節，並研擬相關 修正方案，且鑒於近年來國內活動斷層調查結果的更新、新式結構系統的研發、設計 與分析模擬技術的精進、隔減震元件的蓬勃發展，以及耐震工程品管制度的推動等， 故國內建築物耐震設計相關規範，須就施行現況及國內外相關研發成果等，進行全面 檢視，例如：新式結構系統韌性容量與高度限制、進行動力歷時分析時有關地震選取 與強度縮放之規定、結構與土壤互制效應之考量、附屬建築物之結構部分構體與非結 構構材與設備之附件係數、非建築結構的韌性容量及高度限制等相關規定，亟需儘早 進行檢視、更新與修正，另外對於國內採用多年隔、減震消能元件品管驗證的相關規 定，亦需就其施行應用現況與規範規定內容，進行檢討與改善策略，以確保隔、減震 消能元件的設計與品管，更為合理可行與安全。

本案主要就近年來國際上重大震災的啟示與建築勘災調查結果，針對建築物耐震 設計相關規範之規定內容，著手檢視並提出妥適的配套措施或及修訂方案，使其更能 確保國內建築物之耐震安全，有效提昇工程設計品質。 三 、 重 要 發 現 經過對國內外有關建築物之重大震災經驗及後續因應作為進行蒐集分析，並綜整 國內外震災經驗啟示、建築物耐震設計研究現況與發展方向，亦檢視國內外建築物耐 震設計規範修訂沿革後，隨即針對台灣活動斷層最新調查結果，完成近斷層設計地震 力要求檢討，並針對非建築結構地震力要求檢討、非結構元件及設備地震力要求與設 計參數分析、消能元件性能測試程序的執行現況調查與修訂方案研擬，然後綜整本期 中報告內容後以提出建築物耐震設計規範的修訂方案及發展策略。本研究對於建築物 耐震設計規範修訂及因應策略主要有以下幾點重要發現： 1. 由國內外震災經驗可知，重要建築若要在地震後正常營運或是立即恢復使用，必 須同時確保建築結構、機電系統、附屬於建築之重要非結構構件之耐震性能，而 研擬適用之非結構耐震設計規範，為提升國內重要建築非結構耐震性能最有效的 手段之一。 2. 由國內外震災經驗可知，在陸上因斷層錯動所產生的淺層地震，常易產生重大震 害，故應重新檢視台灣第一類活動斷層的最新資訊，根據其震源參數調整及更新 近斷層設計地震力要求。 3. 鑒於例如油槽、廠房儲存架、塔式結構等非建築結構，常見於工業設施之中，一 旦產生明顯震害往往易造成重大經濟損失，且近年來歐美各國已針對非建築結構 的結構系統分類、地震引致儲存設施內液體的動態荷重及其耐震性能檢核方法及 項目大幅增修非建築結構的地震力要求及相關規定；其次，鑒於非建築結構物之 用途乃非供人類居住，較不易產生嚴重的人命及財產損失，故此等結構物不須考 慮嚴重損壞甚至崩塌，且一般非建築結構物的韌性容量較小且其贅餘度亦小，故 目前台灣耐震規範亦開始檢討是否僅須以回歸期 475 年之設計地震力進行其耐 震設計與分析，而不須考慮最大考量地震等級之地震力，但必須注意的是，建築 法仍認定非建築結構物乃屬建築物的一部份，故此等結構物仍須申請建照及雜項 執照，故非建築結構物雖非供人類居住，但是否須檢核其最大考量地震下是否會 產生崩塌或不滿足韌性要求仍須再詳加斟酌。另外，若非建築結構物之用途非同

於一般建築物之使用用途時，例如排放廢水或重度污染危險性排放物之水工結構 物時，應進行詳細分析檢核。 4. 近年來減震技術已廣泛應用於國內建築與橋梁新建與補強工程，內政部營建署與 交通部亦於建築物與橋梁耐震設計規範中[內政部營建署 2011，交通部 2009]新 增了減震相關章節，對於消能元件之分析、設計與測試驗證要求均有規定。然而， 隨著耐震技術與工法的日益精進，以及國家與人民對於建築、橋梁與公共設施之 使用機能與耐震性能要求不斷提升，耐震元件的性能、製作及施工品質愈益要求， 且相關規模與尺寸亦隨之增加。以近年來許多重要公共工程如橋梁應用之阻尼器 為例，其設計出力、衝程與速度需求動輒分別達200 tf、±200 mm 與 400 mm/sec， 國內既有實驗室之測試系統容量著實已不敷使用，往往只好至國外具大容量之實 驗室進行測試，導致大幅增加營造成本與施工工期延宕，抑或遷就於國內現有測 試系統之性能容量，但無法實際驗證阻尼器於設計與大地震需求下之真實力學行 為，這對於未來國內耐震新技術之持續精進、提升與推動無疑是一大隱憂。 四、主要建議事項 根據研究發現，本研究針對建築物耐震設計規範檢討及修訂，提出下列具體建議。 以下分別從立即可行建議及中長期建議加以列舉。 建議一 近斷層設計地震力要求修訂：立即可行建議 主辦機關：內政部營建署 協辦機關：財團法人國家實驗研究院國家地震工程研究中心、內政部建築研究所 鑒於 2010 年地調所公告了新版活動斷層分布圖(圖 4-2)，台灣存在 33 條活動斷層。 其中的第一類活動斷層除原2000 年版公告的 12 條外，新增 9 條(新城、三義、大甲、鐵 鉆山、彰化、大茅埔-雙冬、六甲、旗山及鹿野等 9 條斷層)，刪除 1 條(神卓山斷層)，我 國第一類活動斷層共公告20 條。 對於鄰近新增列之活動斷層工址的近斷層調整因子必須訂定，使考量近斷層效應之 近斷層設計地震力要求更加完備。 建議二 附屬於建築物之結構物部分構體、非結構構材與設備之地震力要求修訂：立即可行建議

主辦機關：內政部營建署 協辦機關：財團法人國家實驗研究院國家地震工程研究中心、內政部建築研究所 由國內外震災經驗可知，重要建築若要在地震後正常營運或是立即恢復使用，必須 同時確保建築結構、機電系統、附屬於建築之重要非結構構件之耐震性能，故應修訂非 結構耐震設計規範。 其中應修訂三個主要項目：(一)調整規範中建築物部分構體及非結構構材附件係數 與機電設備附件係數，並修正部分中文用詞與分類。(二)修訂最小設計水平總橫力之構 體、構材或設備之容許地震反應折減係數R_pa，在現行規範中 R_pa 值之計算公式，係 參照結構系統容許韌性容量R_a 之計算公式，但其參照關係不盡正確合理，因此予以修 改。(三)增設最小設計水平總橫力之替代設計建議公式，以提昇國內重要建築非結構耐 震性能。 建議三 被動消能系統之消能元件性能測試程序修訂：立即可行建議 主辦機關：內政部營建署 協辦機關：財團法人國家實驗研究院國家地震工程研究中心、內政部建築研究所 由於現行建築物耐震設計規範所訂消能元件測試程序中例如有關抽樣數量、試驗方 式、加載歷時與合格標準等相關規定不盡合理，抑或國內現有實驗室之測試系統容量著 實無法有效滿足其測試需求，故應儘速修訂消能元件測試程序之相關規定。 另考量近年來國內已大量使用挫屈束制消能支撐在建築結構設計中，但現行規範所 訂消能元件測試程序實不適用於挫屈束制消能支撐，且須考量目前國內挫屈束制消能支 撐的設計、生產及製造的品質仍不易控管，故應在耐震設計規範中針對挫屈束制消能支 撐另訂其專屬的性能測試程序以證明供應者所提供之挫屈束制消能支撐是否符合工程案 件設計之性能需求及品質穩定與否。 建議四 持續檢討更新國內相關耐震設計規範：長期性建議。 主辦機關：內政部營建署 協辦機關：行政院所屬各機關 一般建築物設計規範條文之目的是為了所有類型的建築物提供安全的設計標準與要 求。從一兩層的住房到最高的結構皆須適用。但此一廣泛的適用性，讓一般建築物設計 規範包含了很多並非特別適用於高層建築的要求，可能會導致高層建築在經濟性和安全 性方面均易無法達到最佳的設計。

其次，鑒於國內目前建築用地取得不易，建築高樓化是未來發展趨勢，且考量近數 十年來高性能混凝土與高強度鋼材等新式材料已開始在日本及歐美各國廣泛使用，配合 性能化設計方法的發展和能力設計法的成熟，允許我們可採用更直接、非規範性的、更 合理的方法來進行高層建築分析與設計，故應儘速開始研擬高層建築耐震分析與設計替 代性程序，該程序主要包括強震區域高層建築分析、設計和建造指南和方法改善方案。 該可替代性分析與設計程序均是基於能力設計和性能化設計方法，並體現了如何引用例 如新材料或新式結構系統等一般規範未涵括的部份之分析與設計要求。

ABSTRACT

Keywords: seismic design code for buildings, examples of seismic design, recommendations of modified provisions

1. Background

Recent two decades where several earthquakes hit densely populated areas in America, Japan, China, New Zealand and Taiwan and caused heavy loss of life and wide-spread damage. Contrary to what a layman may perceive, the nature of damage observed is not a strong function of geographical location or socio-political environment of the affected areas, while the extent of damage may be. Basically, we see the same handful of issues and problems being responsible for most of the devastation, whether the earthquake occurs in Taiwan or Japan, southern California, or New Zealand. This project is to summarize the key earthquake engineering principles, learned once and forgotten or ignored many times, observance of which could result in the saving of many thousands of lives, the avoidance of untold injuries, and significant damage reduction every year.

The current Taiwan seismic design code for buildings in Taiwan was issued on December 14, 2004 and applied from July 1, 2005. Compared with the last version of seismic design code that was issued in 1997 and little modified in 1999, the differences on the requirements and formats of provision can be observed significantly. Therefore, it is necessary to indicate the items which should be taken care while designing buildings using the current seismic design provision, and to demonstrate how to apply the current seismic design code in detail by examples. In 2010, CGS bulletins the revised active fault distribution according to the new evidences of paleo-seismology investigations. It is a summary that there are total 33 active faults (Type I and II) in Taiwan. This plan also aims at developing the near-fault factors of the 9 additional Type I active faults in order to consider the near-fault effect at the seismic demands specified in the design specifications.

2. Research Method and Procedure

The objective of this project is to survey the seismic hazards and loss in recent decades for the improvement for the current seismic design of buildings in Taiwan. In order to upgrade the applicability of the current seismic design code, some revised drafts corresponding to nonstructural components, nonbuilding structures, near fault effect, and energy-disspating device testing procedures in the current issued seismic design codes are proposed. Finally, some revised recommendations are referenced for the future modification.

3. Important Discoveries

In this study, some inconsistent or unclear requirements that are specified by the current seismic design code are pointed out, such as the lateral design force for nonstructural components, nonbuilding structures , near fault effect, and the testing procedures for energy-disspating devices, etc. In addition, the associated revisions are recommended specifically by the modified provisions.

4. Main Suggestions

The research related to the seismic design code is indeed a long-tern research effort, and hence, the research projects including microzonation, select of input ground motions in time history analysis, seismic isolation and/or energy dissipation systems, seismic design force for equipments, design requirement for foundation, and potential of liquefaction…, are expected to be supported continually by the organizer to achieve the final solution thoroughly.

第一章 緒論

第一節 研究緣起與背景

近十年內國際嚴重震災事件頻傳，從 2008 年中國汶川大地震、2010 年海地大地 震、2011 年紐西蘭基督城地震、2011 年日本 311 東北大地震等，均造成人員生命與財 產的嚴重損失，其它如墨西哥、伊朗等國，亦有芮氏規模6 以上的地震造成明顯災害， 以三個國際重大地震為鑑：(1) 2005 年 10 月 8 日巴基斯坦的喀什米爾發生規模 Mw7.6 的強烈地震，造成八萬七千餘人死亡。(2) 2008 年 5 月 12 日的中國汶川地區發生規模 Mw8.0 的強烈地震，造成六萬九千餘人死亡。(3) 2011 年 3 月 11 日，日本東北部海域 發生規模Ｍw 9.0 地震並引發海嘯，造成一萬五千餘人死亡。這三次重大震災皆造成受 災國的社會極大的衝擊，亦引起國際上對建築耐震安全的普遍注視，並重新檢討相關 政策與法規，積極進行建築耐震能力與安全評估與提昇作業。台灣1999 年發生的 921 集集地震，也造成51,711 間房屋全倒及 53,768 間房屋半倒；若是災害性地震發生在人 口密集的都會區，如台北市、高雄市，其後果必定不堪設想。台灣位於全球地震活動 最為激烈頻繁的環太平洋地震帶上，為全世界主要的地震高發區之一，隨時受到地震 災害的威脅。根據近百年資料統計，台灣地區約每隔十五年至二十年即會發生一次劇 災型地震災害，造成極為重大的人員傷亡與經濟損失。因此，對地震災害的整備與應 變是政府必須持續正視、推動的重要工作，雖自集集大地震之後，台灣的耐震設計規 範便陸續開始檢討修訂，但從近年來國際上所發生強震的震害調查結果及相關分析顯 示：地震的震源機制、斷層活動等特性仍不易有效掌握，故仍須鑒於以往地震災害所 帶來的經驗與啟示，結合地震工程的研發成果，庚續研修結構耐震設計規範的架構與 內容。 近廿年來台灣、日本、美國、加拿大、紐澳及歐洲的建築物耐震設計規範研修規 劃亦有相當的進展與更新，例如設計反應譜的製作方式、新型結構系統的相關設計參 數、各類結構系統或元件的性能檢核方式、動力歷時分析所用的地震歷時挑選與強度 縮放方法之檢討、非結構構材及設備地震力要求、非建築結構的地震力要求及性能檢 核方式、液化潛能評估方法、結構系統超強因子與位移放大係數之應用與檢討、隔減 震消能元件之性能測試程序等，皆是近年來國際上各國的建築物耐震規範修訂規劃內

容中常見的主題。自1997 年後，歐美等國的耐震設計規範即有較明顯而重大的變革， 其中針對耐震設計基本原則修正為：「係使建築物在中小度地震時保持在彈性限度內、 設計地震時容許產生塑性變形。但韌性需求不得超過容許韌性容量，最大考量地震時 則使用之韌性可以達規定之韌性容量。」美國International Building Code 2000 Ed.(ICBO, 2000)增訂最大考量地震危害等級，台灣亦開始依循此原則及地震力表達格式等大幅增 修台灣建築物耐震設計規範條文與解說，國家地震工程研究中心(National Center for Research on Earthquake Engineering, 以下簡稱 NCREE)亦在 2004 年邀集國內學者專家、 工程界以及相關主管機關代表所組成之耐震規範研究發展委員會定期討論研議耐震設 計規範研修方案後，再送交內政部營建署審議通過，目前下列主要項目已通過經營建 署審議完成： 1. 結構系統分類及容許韌性容量 2. 建築物規範之週期上限係數之調整 3. 地盤分類標準 4. 建築物之間隔規定 5. 液化潛能判定所採用之地表水平加速度 6. 臺北盆地設計地震微分區修訂 7. 隔震建築物設計 而有關非建築結構之地震力要求、近斷層設計地震力之檢討、附屬構體與非結構 構材與設備之地震力要求及被動消能系統等規範內容仍待研議，期使台灣建築物耐震 設計規範更加精進兼具合理完善。 1987 年聯合國布倫特蘭報告（Brundtland Report）揭櫫都市永續發展理念後，永 續建築(Sustainable building)與震後復原社群(Earthquake Resilient Communities)觀念漸 受國際重視，校舍、醫療院所、警消廳舍、科技廠房等重要建築提供之運作機能，更 是震後復原社群機制與國家經濟支柱中，不可或缺的一環。然而在近年國際震災中， 重要建築震損頻傳，嚴重影響震後復原能力。 以醫院為例，2011 年 3 月 11 日之日本東北地方太平洋近海地震，日本厚生勞動 省2011 年 6 月 8 日公佈的調查結果顯示，在東日本大地震中受災的岩手、宮城、福島 3 縣 300 家醫院的建築在地震中全部毀損(11 家)或部分受損(289 家)，約佔總數 380 家 的80%；2008 年 5 月 12 日中國汶川地震，綿竹市醫療院所破壞統計，因地震受損的

縣級醫療機構共8 所，鄉鎮衛生院 26 所，村衛生站 263 所，其他醫療機構 14 所。都 江堰市、漢旺、武都等地區數棟醫院建築受損或崩塌。部分災區醫院建築外觀雖僅輕 微受損，仍撤離病患於戶外搭建帳篷進行緊急醫療。台灣中部於集集921 地震中，當 災區最需要醫療資源的時候，部分大型醫院(如基督教醫院、榮民醫院及秀傳醫院)本 身亦深受損害而採取了撤離醫院的動作，無疑使災區醫療能力大幅衰減。而經由調查 可知，大部分醫院結構體雖未達到立即危險建築的狀態，但因建築內部非結構受損， 致使醫院無法繼續使用 (圖 1-1、圖 1-2、圖 1-3) 圖1-1 掉落之玻璃磚牆 (資料來源：姚昭智) 圖1-2 遭破壞之洗腎室 (資料來源：姚昭智) 圖1-3 掉落之出入口雨遮 (資料來源：姚昭智) 另以國內科技廠房為例，半導體及TFT LCD 光電產業為首的高科技產業乃目前支 撐我國經濟最主要的工業，然而高科技產業所賴以生產晶圓、TFT-LCD 面板或其他光 電產品的製程設備極為精密，只要250gal 以上的振動加速度即可能導致設備無法修復 的損壞，而這些精密製程設備的造價多以新台幣億元為單位。九二一地震﹙1999 年﹚ 及三三一地震﹙2002 年﹚在新竹地區的震度並不大，然而竹科業者卻蒙受巨大損失(圖 4、圖 5)，包括半成品(work in process)、設備及營運中斷(business interruption)等，估 計九二一地震竹科之損失達 110 億，較輕微的三三一地震亦有十數億之譜。許多在九 二一地震後所做的防震措施，在震度更小的三三一地震中仍告失敗，顯然這些努力並 不具成效。產物保險公司均強烈要求高科技業者須做好設備防震措施，俟通過評等才 考慮承接其保險，造成業者爭取保險公司承保的難度更高。 由國內外震災經驗可知，重要建築若要在地震後正常營運或是立即恢復使用，必 須同時確保建築結構、機電系統、附屬於建築之重要非結構構件之耐震性能，而研擬 適用之非結構耐震設計規範，為提升國內重要建築非結構耐震性能最有效的手段之 一。

第二節 國內外建築物耐震設計研究現況與發展方向

近年來台灣、日本、美國、加拿大、紐澳及歐洲的建築物耐震設計規範研修規劃 有相當的進展與更新，例如設計反應譜的製作方式、新型結構系統的相關設計參數、 各類結構系統或元件的性能檢核方式、動力歷時分析所用的地震歷時挑選與強度縮放 方法之檢討、非結構構材及設備地震力要求、非建築結構的地震力要求及性能檢核方 式、液化潛能評估方法、結構系統超強因子與位移放大係數之應用與檢討、隔減震消 能元件之性能測試程序等，皆是近年來國際上各國的建築物耐震規範修訂規劃內容中 常見的主題。 傳統耐震設計的要求(耐震設計哲學)由於建築形式與設備較簡單，而著重於結構 的安全及其對生命的保護；另外受限於分析工具(電腦軟、硬體)的功能，規範條文做 了很大的簡化，許多設計要求隱含於規定之中，並未明白提示。然而隨著時代的進步， 新形式、新材料的建築逐漸出現，且建築物內的設備也越趨複雜昂貴，對建築物的服 務性要求更趨嚴格，傳統耐震設計哲學已經不符合現實的需求。現代耐震設計的要求 除了對結構的安全及其對生命的保護外，對於設備的保護也越受重視，於是『性能設 計法』(performance-based design)也在近十餘年內逐漸發展，美國規範如 ATC-40(1996)、 FEMA 273(1997) 、 IBC 2000(2000) 、 IBC 2003(2003) 、 FEMA 450(2003) 以 及 日 本 JSCA(2000) 等皆為此類性能導向規範，其基本精神為根據預設之風險考量及結構物與 其設備之特性，設定各種風險條件下結構物所必須保有之性能標準或要求，所考慮的 各種風險條件以不同回歸期之設計地震力來表示，對應之性能標準隨結構物之重要性 而不同，依此來做設計，可使結構與非結構損壞所造成的經濟損失降到最低，也可確 保在某一地震層級下建築的功能維持正常運作。 傳 統 之 現 行 耐 震 設 計 規 範 或 者 是 純 粹 只 利 用 靜 力 側 推 分 析 （static Pushover Analysis；SPA）進行評估耐震性能之第一代耐震性能評估與設計指針（ATC-40/1996， FEMA 273/1997）的範疇中，只有在其上游的概率式地震危害度分析（Probabilistic Seismic Hazard Analysis；PSHA）階段當中，才會有考慮地震模型之不確定性（epistemic uncertainty）以及地震發生與地表運動之天然隨機性（aleatory randomness）以得到不 同超越機率水準的地振動強度估計（Intensity Measure；IM，通常以譜加速度大小來度 量其強度）作為工程結構耐震設計之依據。而在其後的結構分析、設計階段，則完全 不考慮地震輸入運動之不確定性以及隨機性對於結構耐震性能之影響。這種設計方式 稱之為基於強度（Intensity-based）的設計法。

有鑑於基於強度設計法之缺點；美國太平洋地震工程研究中心（PEER Center）於 西元 2000 年 SAC/FEMA 鋼造抗彎構架計畫中開始醞釀構思接著由 Cornell 與 Krawinkler（Cornell and Krawinkler，2000）提出新一代全機率式基於性能的地震工程 架構（framework for performance-based earthquake engineering；PBEE）如圖 1.2 所示（或 稱之為基於風險（risk-based）之性能設計架構）。此一PBEE 架構係由串聯在一起的概 率式地震危害度分析（PSHA）、概率式需求危害分析（PDHA）、概率式結構損傷分析 （PSDA）以及概率式損失估計分析（PLEA）等四個分析階段所構成，系列分析完成 之後亦可作為決策支援之參考。在提出此一架構之後，美國藉由陸續執行一系列之 ATC-58/FEMA P-58-1＆2、ATC-63/FEMA P-695、ATC-63-1/FEMA P-795、ATC-72、 FEMA P-440A/ATC-76-6/NIST GCR 10-917-9、ATC-82/NIST GCR 11-917-15 以及 ATC-84 計劃分別完成架構中所需的資料庫建置、具體指針以及使用介面與分析工具之 開發。這些一系列的研究計畫可以概分為三類：第一類研究計畫：ATC-58/FEMA P-58-1 ＆2 與 ATC-82/NIST GCR 11-917-15 計劃，主要是以方法論（methodology）、資料庫建 置以及使用介面與分析工具之開發為主。第二類研究計畫：ATC-63/FEMA P-695、 ATC-63-1/FEMA P-795、FEMA P-440A/ATC-76-6/NIST GCR 10-917-9 以及 ATC-84 計 劃，主要是將所開發基於風險之性能設計法的概念回饋至檢討修訂其「現行耐震設計 規範（即美國之FEMA P-750 /ASCE 7-10/2012 IBC）」當中。第三類研究計畫：ATC-72， 才是真正將所開發基於風險之性能設計法的概念用於研擬提出以超高層建築物作為優 先考慮實施對像的耐震性能設計規範草案。

ATC-58 計畫由美國聯邦災害管理局( Federal Emergency Management Agency, FEMA)補助，將美國太平洋地震工程研究中心(PEER Center)所發展之新一代耐震性能 評估法進一步擴充，已於2011 年底完成，稱為新一代的房屋結構耐震性能評估法準則， 此準則可考慮地震的不確定性，基於不同的地震強度(Intensity-Based)、地震境況 (Scenario-Based)或是時間週期(Time-Based)內房屋可能遭致的風險，配合針對房屋結構 的分析，以靜力分析法(簡易評估法)或是非線性動力分析法(詳細評估法)，求得結構損 傷程度，房屋結構的損壞程度與死傷人數、維修金額、維修時間有關，依據不同結構 系統可訂定各構件、構材的損傷程度，從而判定當地震發生導致結構位移(或層間變位) 時相關的生命與財產損失(包含無法營運之潛在經濟損失)等，即所謂易損性曲線 (Fragility Curve)，ATC-58 採用結構反應參數如層間變位角、最大樓層加速度、樓板反 應譜值等作為易損性曲線的變數，取代傳統以最大地表加速度、第一模態反應譜值等， 可充分反映地震歷時間的不確定性，兩筆具有同樣尖峰地表加速度之時間歷時其頻率

內含可能完全不同，因而造成不同之結構反應，ATC-58 目前建立之易損性曲線資料庫 已包含600 種以上之結構與非結構元件，以利工程師進行房屋結構之耐震性能評估。 此新一代房屋結構耐震性能評估法準則不似傳統的性能分析檢核規範，以結構物受力 或位移等結構反應參數來決定結構設計結果，而以結構物受不同程度的地震侵襲後， 死傷人數、維修金額修繕或是時間為性能指標。透過此類性能指標之計算，工程師可 比較不同結構系統之潛在年平均地震風險或不同耐震補強手段之後續效應；業主可參 考此資訊作各項決策，例如結構系統之選擇、耐震脆弱元件之補強及保費合理性之評 估。 國內目前建築物耐震設計之研究，除針對新建建築研究更經濟、實用之設計方法 外，考量現存大量的老舊建築暴露在地震風險中，結構耐震評估與耐震補強亦為十分 重要之課題。針對新建建築部分，自921 大地震後，內政部建築研究所協同國家地震 工程研究中心、台大地震工程研究中心以及中華民國地震工程學會等相關單位，以集 集大地震後的調查結論為基礎，配合中央氣象局量測之強地動觀測資料，並參考美國 IBC2000 規範以及國內外之相關研究成果，針對建築技術規則及耐震設計規範進行一 系列之檢討與修訂，提出大幅改版之建築物耐震設計規範及解說，為目前施行版本之 骨幹，爾後國震中心自民國95 年成立「規範研究發展委員會」，針對耐震設計規範議 題進行研擬與檢討，相關修定議題如建築物規範之週期上限係數之調整、地盤分類標 準、建築物之間隔規定、液化潛能判定所採用之地表水平加速度、臺北盆地設計地震 微分區修訂以及隔、制震規範修訂等，均已經委員會討論決議後，送交內政部營建署 審議，並於 100 年 1 月公告，7 月施行，即為目前建築物耐震設計規範現行之版本。 此版規範後續仍有相關議題如土壤剪力波速經驗式修訂、建築物容許層間相對側向位 移角、消能元件及隔震元件之實體試驗與性能保證試驗、土壤－結構互制效應等目前 仍在研擬修訂中。 除持續檢討以及修訂現行之耐震設計規範外，同時進行的還有下一代性能設計規 範的研擬，國內研究團隊如中興工程顧問社於2005 年提出之「建築物耐震性能設計規 範之研擬」， 以及國震中心團隊提出之「耐震與性能設計規範研究」等，均針對性能 設計規範提出建議以及初步草案。未來亦參考國外發展之「機率式性能檢核」設計規 範，從傳統性能檢核僅考慮「均布地震危害(Uniform Hazard)」，以側推得出結構需求 曲線的方式，逐步發展至「均布地震風險(Uniform Risk)」，用非線性動力分析方式求 得結構需求曲線，更可概算出建築潛在經濟損失，此為國內未來耐震規範的發展方向。

第三節 研究方法與進度說明

本研究目前已蒐集分析國內外有關建築物之重大震災經驗及後續因應作為，並綜 整國內外震災經驗啟示、建築物耐震設計研究現況與發展方向，亦檢視國內外建築物 耐震設計規範修訂沿革後，隨即針對台灣活動斷層最新調查結果，完成近斷層設計地 震力要求檢討，並初步針對消能元件性能測試程序進行執行現況調查，並完成相關案 例研討，為廣納產、官、學界各方意見，本計畫亦已於2014 年 6 月 18 日召開第一次 專家學者座談，會中專家學者的意見與建議，以及本研究相對應的回覆彙整詳如附錄。 本研究後續會針對非建築結構地震力要求檢討、非結構元件及設備地震力要求與 設計參數分析、消能元件性能測試程序的執行現況調查與修訂方案研擬，並綜整本期 中報告內容後以提出建築物耐震設計規範的修訂方案及發展策略。研究進行步驟如圖 1-4 所示： 蒐集國內外重要建築之非結構震災 經驗及後續因應作為 台灣非結構元件及設備耐 震設計規範之變革 現行非結構元件及設備設 計地震力要求探討 非結構元件及設備設計地 震力參數分析 蒐集並探討國內外最新隔減 震消能元件品管、測試程序 與標準 調查國內外隔減震消能元 件品管、性能測試程序執 行現況 製作可供實務應用參考之 消能元件品管與測試案例 提出合理可行與安全的消 能能能元件設計與品管測 試程序修正方案 近斷層設計地震力要求檢討 非建築結構設計地震力要 求檢討 高層建築結構耐震分析與 設計程序替代性程序研發 提出台灣建築物耐震設計規範 條文與解說研修草案版本 圖1-4 研究步驟流程 (資料來源：本研究)

第二章 國內外震災經驗

第一節 震災資料

壹 國內地震

1. 台灣 1999 年 9 月 21 日集集地震 臺灣在 1999 年 9 月 21 日凌晨 1 時 47 分 12.6 秒（格林威治時間 20 日 17 時 47 分12.6 秒）於南投縣集集附近發生強烈地震。震央在北緯 23.85 度、東經 120.81 度， 即位於日月潭西方12.5 公里處，震源深度 6.99 公里，地震規模達 7.3 (ML, CWB) 或 7.7 (MS, USGS)。水平向的 PGA 以南投縣日月潭的 987 gal 為最大，南投縣名間鄉的 新街國小亦達978 gal；垂直向的 PGA 以南投縣草屯鎮雙冬國小的 408 gal 為最大。 集集地震為中部地區車籠埔斷層錯動所引發之內陸淺層地震，其破壞力相當大，而在 震央附近的南投縣、台中縣市、造成極大之災害，甚至台北地區亦有不少震災發生。 截至88 年 10 月 13 日止，本次地震共造成 2333 人死亡，10002 人受傷，34 人埋困， 39 人失蹤，9878 間房屋全倒，7530 間房屋半倒(羅俊雄等，1999)。 2. 台灣 2006 年 12 月 26 日恆春地震 下午8 時 26 分發生芮氏規模 6.7 地震，震央位置在東經 120.56 度、北緯 21.89 度， 即屏東恆春地震站西偏南方22.8 公里海域，震源深度 21.9 公里。緊接著在 8 時 34 分、 8 時 40 分又發生規模 6.4、5.2 的餘震，因為未達 7 的規模，因此未發布海嘯警報。中 央氣象局地震測報中心表示，氣象局歷史資料中，在主震震央附近五十公里範圍內， 從無如此大的地震，為台灣西南外海百年以來錄得最強的地震，發生位置於歐亞大陸 板塊和菲律賓海板塊作用的地區，該地震於美國地質調查局(USGS)則定為規模 Mw7.1。 這樣規模的淺源地震在震央附近引致的地表加速度峰值(PGA)可能超過 200gal (0.2g)， 已足以引起一定程度的災害(林凡茹等，2007)。 3. 台灣 2009 年 12 月 19 日花蓮地震 臺灣東部於下午 9 時 02 分於花蓮外海發生芮氏規模 ML6.9 之地震，其震央位於 北緯23.79 度、東經 121.66 度，即花蓮市地震站南偏東方 21.4 公里；震源深度則為 43.8 公里。全臺皆可感受到明顯震動，最大震度為花蓮磯崎所測到之七級(PGA 達 540gal)， 而花蓮鹽寮及花蓮港震度也達六級(邱聰智等，2010)。

4. 台灣 2010 年 3 月 4 日甲仙地震 台灣時間8 時 18 分（世界時間 0 時 18 分）於高雄甲仙地震站東偏南方 17.0 公里 發生芮氏規模ML6.4 之地震，震央位置在北緯 22.97 度、東經 120.71 度(位於高雄縣甲 仙鄉)，為高雄地區近年來規模較大的地震，震撼整個台灣，各地都感受到明顯搖晃， 嘉義縣大埔地區及台南縣的楠西地區最大震度皆達到六級。主震發生過後南部各地陸 續傳出校舍、建物損傷災情，其中台南縣的玉井國中因柱子嚴重毀損，造成緊急停課； 部分民宅傳出倒塌及土壤液化等因地震所引發之災情。 根據氣象局所公佈之全臺等震度圖及最大地表加速度（PGA）分佈圖，臺灣全島 皆為震度有感地區。全臺最大震度為臺南楠西（CHN1）及嘉義大埔（WTP）地震站 所測到之 6 級，兩測站距離震央約 30 公里，而距離震央最近，震央距小於 20 公里 的高雄甲仙（SGS）及桃源（STY）地震站，所測得震度則為 5 級。臺南楠西地震站 所測到之PGA 達 312gal，為全臺最高(宋裕祺等，2010)。 5. 台灣 2013 年 03 月 27 日南投地震 根據中央氣象局資料，於台灣時間13 時 43 分，於南投縣政府東方 29.3 公里 (位 於南投縣魚池鄉)發生芮氏規模 6.5 地震，震央位置在北緯 23.86 度，東經 120.97 度， 震源深度為14.5 公里。全臺皆可感受到明顯震動，最大震度為雲林草嶺所測到之六級， PGA 達 267gal。 6. 台灣 2013 年 06 月 02 日南投地震 根據中央氣象局資料，台灣時間 10 時 03 分，發生芮氏規模 6.2 地震，震央位置 在北緯23.90 度，東經 121.05 度，位於南投縣仁愛鄉南投縣政府東方 36.9 公里處，震 源深度為19.4 公里。最大震度為南投日月潭所測到之六級，PGA 達 282gal。

貳 國外地震

1. 美國 1994 年 1 月 17 日北嶺地震 1994 年 1 月 17 日，美國當地時間清晨 4 時 30 分，南加州洛杉磯西北方約 20 哩 處之聖費南度盆地(Sam Fernando Valley)北嶺(Northridge)地區發生芮氏規模 6.6 之強烈 地震，震央位置為北緯34.13 度，西經 118.32 度，深度約 14 公里。震央附近多個測站 測得之地表最大加速度值，水平向約0.35g 至 0.47g，垂直向約 0.30 至 0.59g，特別的 是在震央南方約 7 公里處之 Tarzana 地震站，因地質關係，測得之最大水平加速度為

1.82g，最大垂直加速度為 1.18g。 此次地震造成洛杉磯地區密布如織的高速公路被震得柔腸寸斷，十餘條主要高速 公路橋梁結構嚴重損毀，影響交通甚鉅。震央北嶺地區及洛杉磯郊區之廣大範圍，數 以千計的公寓住宅辦公大樓及醫院、學校、購物中心等公共建築嚴重受損或倒塌。此 次地震造成了55 人死亡，5 千餘人受傷及 2 萬 5 千多人無家可歸，初估財物損失高達 150~300 億美元(林樹柱等，1994)。 2. 智利 2010 年 2 月 27 日地震 格林威治時間2010 年 2 月 27 日 6 時 34 分(智利當地時間 3 時 34 分)於智利中南 部發生規模Mw=8.8 地震，震央位置在南緯 35.91 度，西經 72.23 度，位於智利第二大 城康塞普西翁(Concepción)北北東 105 公里處。此次地震影響聖地牙哥周圍城市超過 8 百萬居民，超過8 萬棟住宅於地震及海嘯中全毀，逾 10 萬戶房屋損壞，至 2010 年 5 月統計，死亡人數達521 人，仍有 56 人失蹤，強烈的地表震動和土壤液化亦造成高速 公路、鐵路、港口及機場等公共設施毀損(EERI, 2010)。 3. 日本 2011 年 3 月 11 日東北地震 2011 年 3 月 11 日，日本時間 14 時 46 分發生地震規模 Mw=9.0 的大規模地震，震 央地點位於西太平洋，日本宮城縣牧鹿半島東側72 公里處海外，深度為 24 公里。造 成此次地震之斷層為從岩手縣到茨城縣南北約500 公里、東西約 200 公里的斷層帶， 造成加速度歷時有多個尖峰值，以及地表震動時間長達180 秒，導致東北至關東地區 多處出現土壤液化情形。多處記錄之最大地表加速度(PGA)超過 1000gal，最大值為宮 城縣記錄站(MYG004)測得之南北向加速度，其值達 2699gal(M. Maeda et al., 2012)。 4. 中國 2013 年 4 月 20 日四川地震 格林威治時間2013 年 04 月 20 日 00 時 02 分 47 秒(中國當地時間 08 時 02 分 47 秒，臺灣時間08 時 02 分 47 秒)，中國四川省雅安市發生大規模地震。根據中國地震 台網中心(CENC)公布資料，震央在北緯 30.3 度、東經 103.0 度，深度 13 公里，體波 規模Ms 則為 7.0。震央位於中國四川省雅安市蘆山縣附近。中國官方稱該次地震為“四 川省蘆山420 地震＂。根據中國地震局所公布之資料顯示，統計至 4 月 24 日止共造成 196 人死亡，21 人失蹤，11470 人受傷；至 5 月 12 日止共發生 8791 次餘震(林克強等， 2013)。

第二節 國內外建築震災經驗

壹 建築主體結構

1. 1999 年台灣 921 集集大地震 本次地震中建築物倒塌的主要原因可歸納為三類，第一類為地震的強度、第二類 為建築物的基地特性、第三類為建築物本身的體質。大體而言，上述第一及第二類因 素屬於自然原因，第三類原因則涉及人為因素。 地震發生時不同地區所感受到的震動程度，或謂震度，常因地震的規模、震央位 置、震源深度、以及盆地地形對地震波的放大效應而有差異。依據我國中央氣象局之 震度分級，最強烈之震度為地表加速度達250 gal 以上的六級烈震，其所產生之地震力 通常會造成房屋倒塌，山崩地裂、地層斷陷、地面顯著裂開及建築基礎破壞等影響。 然而本次地震在南投日月潭及名間鄉新街國小所測得之最大水平加速度分別高達 989 gal 及 983 gal，最大地表加速度顯已大於過去假設之最大值，因此附近建築物遭受破 壞誠屬難以避免。 建築物基地特性包括基地之地質狀況、地形條件、土壤性質及是否有斷層經過等 因子。大地震中斷層兩側地層常產生大幅相對滑動，造成地表建物的破壞，例如本次 地震中有重大災情的南投縣竹山、名間、南投、草屯，台中縣霧峰、太平、潭子、豐 原及台中市大坑等地均位於車籠埔斷層帶附近，而南投縣集集、鹿谷、中寮及台中縣 東勢、新社等地則位於雙冬斷層附近。依據調查分布圖顯示，在車籠埔斷層地層錯動， 斷層兩側六公里地區建築物受損分布密集，約佔總調查數量六成，足見斷層經過是造 成建築物崩塌的重要原因。 此外，地層劇烈搖晃常導致基地土壤液化，承載力隨之消減，而使建築物陷落坍 塌。本次地震中員林百果山麓、大里市區域內即有大批建築物因土壤液化而破壞。另 因為盆地效應，在台北地區並因地盤軟弱，雖遠離震央150 公里，震度達五級，且仍 然有300 餘棟建築物損壞。同時埔里鎮距震央 20 公里，震度高達六級，建築物損壞嚴 重，依地理環境觀之，亦可能有盆地效應。 目前低層建築建造前多未先行作地質鑽探，無法探知基地地盤特性；高層建築在 規劃設計階段雖須按規定提供地質鑽探報告，但卻常有不夠確實與不夠詳細之處，結 構審查過程中恐不易發現，因而影響結構設計結果的安全性。另外，鄰近河川及廢河

道之建築物，地震時也容易產生基礎沈陷。 建築物之耐震能力與其本身體質關係密切。影響建築物體質之人為因素包括：政 府部門訂定的建築法與建築技術規則等相關耐震設計規範，專業技師的職責與管理制 度，施工營造廠商對建築物材料、工法與營建管理制度的選擇，以及使用者對建築物 內部結構、隔間增改建之程度與維護管理等。而本次地震中導致的建築物倒塌的主要 人為因素可歸納如下： (1) 規劃設計方面 老舊建築 根據本次建築物損壞調查，民國 63 年以前建造者約佔總調查數之四成，民國 64 年至71 年建造者約佔總調查數之二成，兩者所佔比率合計高達六成。早期由於建築耐 震專業知識與技術不足，相關之設計施工法規要求遠不及目前的規範水準，造成地震 中大部分木造、磚造、土塊厝等老舊建築因缺乏耐震能力而毀損。低層老舊加強磚造 及 RC 建築，因其韌性較差，且高度較低，結構振頻較高，振動加速度反應約等於地 表加速度，其損壞情形依該地區地表加速度大小不同而差異。 相鄰建築物之碰撞 老市街建築物因地籍分割較細，建築時期先後不一，且高低參差不齊，面寬狹扁、 新舊雜陳且未相連結，地震時因建築物之振幅與方向不一，造成相鄰建築物互撞損害 或傾斜。 軟弱層結構 所謂軟弱底層即是因底樓為騎樓或挑高，且牆壁量較其上部樓層少，致其勁度或 強度相對於其上一樓層較小，強烈地震時使底層產生大變形而破壞。另外，不少一樓 挑高為開放空間之大樓倒塌或嚴重損壞，係軟弱第一層長短柱共存，而造成電梯間或 樓梯間周圍短柱先行碎裂剝落。一樓留設騎樓、店面牆面且常用來做為商業用途，辦 公廳(如鄉鎮公所)常採用挑高開放空間型式，為出入接待空間，或被使用者敲除，牆 壁量因而比樓上少。部分地下室為增設停車空間或休閒設施，梁柱可能被減少而造成 軟弱結構坍塌損壞情形普遍。 短柱效應

本次集集地震及以往歷次地震中，學校教室損壞短柱效應現象極為明顯，窗台將 其中間柱束制，使柱原有抗彎矩的有效長度變短，受地震力時，柱被迫承受大量剪力 而破壞，即形成短柱效應。此種破壞現象，於其他建築物損壞案例中亦常發現，在設 計時應考慮牆(含非承重牆)對柱子的束制作用，計算對應之剪力以避免產生短柱剪力 破壞的情況，或牆與柱之間保留伸縮縫空隙，使柱子發揮設計時應有之抵抗彎矩之能 力。 非結構牆的影響 在災區中發現許多建築物受非結構牆的影響，而造成重大災情，此乃由於建築物 實際情況與設計情形不盡相同。結構物自然震動週期與受震反應，實際上會因非結構 牆的存在而與假設只有梁柱系統分析所得不同，若結構物底層為開放空間而且較無牆 存在，實際受震反應會使主要變形集中在底層，而與設計時認為各樓層均勻變形的情 況不符，設計時由於忽略非結構牆，所以未能對結構物的實際行為精確掌握，實為致 災的重要原因。目前建築技術規則對於具非結構牆之建築物，規定須採用較大設計地 震力，並未要求精確考慮非結構牆的效應。在尚未有更進一步的規範條文產生之前， 建議結構設計者在設計時，將非結構牆所造成的效應列入分析，謹慎評估非結構牆的 效應，或是將主體結構與非結構牆分離，確實移除非結構牆對結構可能造成的影響。 設計不良 建築結構設計不良，概可歸類如下： 1. 結構設計不良的情形包括：耐震結構系統不良，有平面、立面不規則情形，高寬比 太大，部份樓層有軟弱層，有礙水平剪力的傳遞與分布。 2. 柱斷面太小，不利鋼筋排列和搭接，與混凝土澆置施工。有些新蓋低層鋼筋混凝土 RC 建築，為了美觀經常將柱寬縮小至 1B 寬牆的寬度，造成建物的一向抗震能力特 別軟弱。 3. 柱主筋排列太密或其搭接處間距太密，造成混凝土與鋼筋之握裹力無法發揮。 4. 進行結構分析時，忽略了非結構 RC 牆或磚牆及窗台之存在，造成實際結構行為與 結構模型式分析結果有所差距。 5. 店舖住宅與學校建築在平行騎樓或走廊方向之牆壁量太少，易使一樓成為軟弱層， 而於強震時折損。 6. 五樓以下之建築物多只經建築師之建築設計與套圖配筋，未經由專業技師之結構設 計分析，常未有周全的耐震設計要求。

7. 採用懸臂式走廊，二樓以上樓層較多時，即有重心不穩狀況，地震時易發生傾倒或 損害一樓牆柱。 8. 柱中埋置管線管徑過大或偏心，導致有效柱斷面積減小，且降低鋼筋與混凝土之握 裹力，而使承載力降低，導致地震時柱體破裂折斷。 9. 為了考量停車位的增設或車道的通行，於地下樓層取消部份核心牆壁或使其上層之 剪力牆中斷，使之耐震能力無法有效傳遞或分配。 10. 開放空間的第一層較為軟弱，部份由上而下之耐震牆並未連續接至基礎，第一層 之抗震勁度與強度均較其上層為小。 11. 大樓兩側不對稱剪力牆開孔，造成嚴重剪力破壞。 (2) 施工監造方面 施工品質不佳 1. 未按圖施工，柱之主筋搭接長度不足，搭接位置應位於樓層中間，而不是在梁柱 接頭附近處，並且搭接高程應錯開。例如新莊市「博士的家」，及台中市西區昇平 街與中興街口之建築物，主筋搭接在同一斷面，柱之主筋在同一斷面搭接，造成鋼 筋握裹力不足，顯見搭接方式不夠確實，未按規定交錯搭接，未配置緊密箍筋等。 在受到地震力作用後主筋整體拉出，造成建築物倒塌。 2. 梁柱端部彎矩較大，規範中規定箍筋彎鉤需達 135 度，但實際上施工上仍多常採用 90 度彎鉤取代，無法達到耐震要求。許多破壞顯示柱之箍筋間距太大，平均約在 20~30 cm 左右，未依規定紮緊，易造成主筋向外挫屈。另外箍筋多未採用 135 度彎 鉤，易造成箍筋暴開脫落，圍束力不足，柱體缺乏韌性易破裂。梁柱接頭區亦多數 未配箍筋。 3. 鋼筋之混凝土保護層厚度不足，握裹不良，造成鋼筋銹蝕，地震時剝落。 4. 柱之保護層過厚，使柱核心面積減少，承載力與韌性嚴重折減。 5. 混凝土澆置前未清除模內之雜物，因而使梁柱斷面有雜物。混凝土強度不足，可能 在澆置時加水或拌合後時間太久，已經初凝，仍然使用。 6. 樓梯沒有以鋼筋或小梁與牆壁連接，造成地震時斷裂，住戶無法逃生。 7. 裝飾材誤用軟底工法黏貼，未用釘鉤在混凝土上，致整片脫落。擋土牆系統與主結 構體（柱）間未保持距離導致龜裂。 監工不實 監工之專業知識或經驗不足，或營造廠向技師借牌，專任技師不負責，且未參與 營造廠之施工技術指導，廠商偽造施工簽證，監工未落實，建築師監造職責未發揮，

致結構施工品質不良。 (3) 使用管理方面 建築物變更使用類別 住宅變更為營業場所，供做公共使用，不僅增加建築物之活載重，在使用前變更 原有的建築配置及構體，如進一步破壞原結構及隔間，造成樓層間結構系統剛性與強 度差異太大，形成軟弱層，易致震災。 違建普遍 頂樓違法加蓋，增加原有建築物承載負擔，或形成重心偏移，地震時造成扭力破 壞。例如在草屯與新社地區的建築震害中，不難發現違章加建後所造成的嚴重倒塌， 這顯示一般民眾之無知與建築管理缺失，在中興新村亦多棟毀損案例，參見照片1.17。 2. 2010 年台灣高雄甲仙地震 台灣時間2010 年 3 月 4 日發生芮氏規模 ML6.4 之高雄甲仙地震，震央位置位於北 緯 22.97 度、東經 120.71 度，震源深度為 22.64 公里。臺灣全島皆為震度有感地區， 最大震度為臺南楠西及嘉義大埔所測到之6 級。密集之餘震分佈及震源機制解顯示此 次地震之震源破裂面應呈西北-東南走向，並朝東北方向低角度下傾之逆衝斷層破裂機 制，並帶有部分左移分量。根據歷史地震目錄及國震中心微地動觀測結果，主震發生 於地震活動相對較少的位置，可能累積較多應力，於此次地震釋放後，對持續有小規 模地震能量釋放的淺部區域，觸發密集的餘震活動。此外，此次地震並未觀測到斷層 出露之地表破裂現象，也與目前任何已知活動斷層的特性不符合，其確切發震構造仍 待釐清。 由實測資料進行反應譜分析發現，高雄、台南等部分地區在結構週期 0.1 秒及 1 秒附近均大於或接近設計反應譜，這意味著中低層樓的房子可能會受到輕微或中度損 害。此外，本分析經由地震動潛勢即時評估系統評估地震動分佈，並與實測地震動分 佈進行比較，顯示前者之局部變化細節較前者高，有許多地點因地盤效應而推估出較 大的地震值，經由此結果可評估各勘災地點可能受到的地震動值大小，作為耐震評估 之參考。 本次地震導致南台灣的嘉義、台南、高雄等縣市部分區域建物受損。經勘查非校 舍建築震害地點共計15 處，包含民宅、寺廟、警局及鄉鎮公所等，除台南新化球場旁

三層樓建物與內門紫竹寺活動中心兩棟建物發生嚴重倒塌情形外，其他建物受震損害 大多集中於非結構磚牆，並未對主要結構造成嚴重破壞。台南新化球場旁的建物係為 兩層樓構架與三層樓構架相接搭建之結構，且三層樓構架之一樓作為停車場用途使用； 地震時，三層樓構架的一樓停車場倒塌，研判因一樓為軟弱層，而無法承受地震力及 樓層重量共同作用之效應所致，而兩層樓及三層樓構架連接處則因三樓構架之一樓受 震倒塌而造成剪力破壞。內門紫竹寺活動中心為三層樓之 RC 建築，其一樓部分無結 構或非結構牆，而僅依靠12 根柱承受上層樓載重；此建築的一樓部份於餘震時倒塌， 藉由震後一樓柱構件壓碎破壞情形，可研判部分一樓柱構件強度不足為其破壞主因。 自98 年 4 月起，教育部全力推動全國校舍之耐震能力評估與補強。本次地震後本 中心派員至現場勘察，初步勘察結果顯示，已完成補強工程之校舍未發生結構性損傷， 僅部份校舍之磚翼牆產生裂縫，或天花板輕鋼架擠壓變形等非結構體損傷。而經初步 評估或詳細評估結果為耐震能力不足之校舍，部份校舍受損嚴重，部份校舍受損狀況 在中度或輕度以下。地震乃台灣之宿命，為在下一次地震來襲時能保障師生安全，校 舍耐震評估與補強作業應為一重要且急迫之工作。 高雄甲仙地震過後，高美大橋發生引道輕微下陷、橋台翼墻護欄開裂、伸縮縫距 離增大、欄杆毀損、橋墩產生撓曲裂縫等震災。田寮三號高架橋疑受龍船斷層錯動影 響，產生A1 橋台與上部結構之擠壓碰撞與支承滑動變形，為確認整體橋梁變位機制， 建議以GPS 定位監測方式進行大地與結構體等之變位監測，以利釐清橋梁變形原因與 擬定後續復原計畫。國道關廟休息站之人行跨越鋼橋兩端支承均發生滑動變形現象， 經勘查結果發現上部結構與左右兩端橋台業已擠壓碰撞貼合，評估此橋應受地殼變動 影響而縮短橋台間距，建議監測大地變形並切除部分上部結構以利恢復通行。中寮隧 道受斷層錯動作用引致內部襯砌產生環狀剪裂破碎，除為維持交通而進行短期修補工 作之外，建議配合中央地調所監測之斷層活動成果，進一步擬定長遠改善計畫。 3. 2013 年四川雅安地震 西元2013 年 04 月 20 日當地時間 08 時 02 分 47 秒 00 時 02 分 47 秒(格林威治當 地時間00 時 02 分 47 秒，臺灣時間 08 時 02 分 47 秒)，中國四川省雅安市發生大規模 地震。根據中國地震台網中心(CENC)公布資料，震央在北緯 30.3 度、東經 103.0 度， 深度 13 公里，體波規模 Ms 則為 7.0。震央位於中國四川省雅安市蘆山縣附近。中國 官方稱該次地震為“四川省蘆山420 地震＂。根據中國地震局所公布之資料顯示，統 計至4 月 24 日止共造成 196 人死亡，21 人失蹤，11470 人受傷；至 5 月 12 日止共發

生8791 次餘震。 基本上 RC 框架結構於本次地震中表現良好，但是以空心磚當填充磚牆則嚴重破 壞，危害使用性，因此應避免使用空心磚，建議改採實心紅磚。另外牆體表面粉刷層 剝落嚴重，應避免使用保麗龍保溫層。至於女兒牆則需防止面外破壞，可改採RC 牆。 吊頂天花板極易損壞，應採耐震型天花板。而從蘆山人民醫院可見，隔震措施確實發 揮效果。 雅安地區的新建建築常採含構造柱磚牆、圈梁及現澆板之加強磚造結構系統，耐 震性能相對較佳。既有磚混結構由於無構造柱、無圈梁、又採預鑄板，耐震性能極差， 是耐震能力最危險的一群。

貳 非結構構件與系統

非結構構件與系統依據FEMA E-74 (ATC,2011)分類，共分為建築性非結構物、機 械電力與配管設備、室內傢俱與設備共四大類，各類別包含多種建築非結構構件，本 章節詳細敘述各構件之定義與行為並列舉其損害照片案例。構件詳細定義與其構件破 壞行為引用國家地震工程研究中心研擬之醫院耐震評估補強準則(柴駿甫等，2013)內 文，典型損害案例參考過往之國內外地震勘災報告與FEMA E-74 內容篩選整理。 1. 建築性非結構物 (1) 外牆構件 構件定義與範圍： 濕式施工飾面材種類，包含使用黏著劑貼附於磚、混凝土、水泥粉刷等牆面或結 構體構材之室外裝修材。 構件行為： 濕式施工飾面材承受地震力與變形，尤其當牆面飾材貼附於建築物數個連續樓層， 其面內容許變形量常為耐震性能控制主因。黏著層的變形易形成裂縫致使飾面材與背 面基材(亦即結構體)分離。施工品質不佳的濕式施工飾面材，可能轉而因面外加速度 (direct acceleration)而脫落。 典型損害案例：

公共建築或學校及住宅外牆等建築，為求美觀常在外牆施作面板飾材，地震時掉 落可能阻礙逃生通行或是砸傷路人，圖 2-1 與圖 2-2 為蘆山地震中蘆山縣縣政府與太 平中學外牆構件之損毀情形，皆為地震下造成面內變形使黏著層與面材分離脫落。 圖2-1 蘆山縣政府外牆損毀情形 (資料來源：林克強等，2013) 圖2-2 蘆山縣太平中學外牆損毀情形 (資料來源：林克強等，2013)

(2) 隔間 構件定義與範圍： 隔間為室內分隔空間之用的非承重垂直構件，典型構件包括永久性隔間牆、非結 構性的井狀通道圍牆(shaft enclosures)、隔板等。 若以材質區分，隔間可分為重隔間與輕隔間。重隔間包括磚材或磚造隔間，材質 包括空心磚或混凝土磚。輕隔間則包括金屬或木造立柱隔間並鋪以板條抹灰、石膏板、 木材或其他面材。 隔間的側向支承點間之跨距可能是從結構體樓板至上層樓板，或是自樓板到屋頂 層。隔間牆頂部與結構體之連接方式，包含與結構體隔離方式以允許面內變形，亦可 能為其他方式而不允許牆體面內變形。隔間亦可能以懸臂的方式置於樓板，或僅延伸 至懸吊式天花板，此時隔間牆頂部可設置側向支撐與頂部結構體連接。辦公室的模矩 化傢俱常見的可移動式隔板，則視為建築內容物而非隔間，故未包含在本節範圍內。 構件行為： 在頂端與底部均與樓板連接之隔間牆：承受面內方向的強震時，可能因結構體變 形，而產生隔間剪力裂縫、扭曲變形、隔間框架斷裂，以及面材脫落等。隔間在承受 面外方向的強震時，可能因結構體變形產生彎矩裂縫、與結構體之間的連接構件破壞、 牆體崩塌等。輕隔間方面，在過去震災中，曾有鋼構立柱隔間牆，因連接鋼槽型軌道 (steel track)與樓板結構的釘栓(shot pins)受損，而導致隔間牆的頂端或底部與樓板分離。 未支撐的半高型隔間牆(ceiling-high partition)或僅與懸吊式天花板連接之隔間牆： 其受震行為猶如懸臂樑，部分隔間牆因其構造及座落位置而更具危險性。未支撐磚造 隔間在過去的中低震區崩塌事故發生率很高，這代表未支撐磚造隔間有極高的崩塌可 能性。重隔間之牆體崩塌可能造成生命安全威脅或成為逃生通道阻礙，其變形碎裂的 灰塵可能會影響電力設備性能的持續性，隔間牆亦可能因損壞而必須替換或重建。 典型損害案例： 隔間牆因施作方便亦不會造成樓版過大載重負擔，於各類建築物中幾乎隨處可見。 圖 2-3 為甲仙地震中，某醫院之頂端與底部均與樓板連接之隔間牆體，在地震力作用 下導致框架變形，造成隔間牆表層脫落之情形。圖 2-4 為蘆山地震中，蘆山中學教室 之空心磚隔間牆，因牆體變形導致崩塌掉落。圖 2-5 為玉井國中行政空間內之輕隔間

牆，屬未支撐的半高型隔間牆，受震行為猶如懸臂梁，震後產生歪斜變型，導致門無 法開啟。 圖2-3 輕隔間牆表層脫落 (資料來源：宋裕祺等，2010) 圖2-4 空心磚隔間牆牆體崩塌 (資料來源：林克強等，2013) 圖2-5 輕隔間牆歪斜，門無法開啟 (資料來源：宋裕祺等，2010)