耐震性能設計規範適用性及合理性之檢討
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(2) （國科會 GRB 編號） PG9502-0945 （本部計畫編號） 095301070000G1025. 耐震性能設計規範適用性及合理性 之檢討. 受 委 託 者 ： 財團法人中興工程顧問社 研究主持人：薛 強 協 同 主 持 人 ： 陳國慶 研. 究. 員 ： 陳正忠. 研 究 助 理 ： 吳嘉偉. 劉明怡. 內政部建築研究所委託研究報告 中華民國 95 年 12 月.
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(4) 目錄. 目錄 目錄. ..................................................................................................................... i. 表目錄 .....................................................................................................................v 圖目錄 ................................................................................................................... ix 摘要. ...................................................................................................................xv. 第一章 前言.............................................................................................................1 1.1 緣起與目的 ........................................................................................1 1.2 研究方法及進行步驟........................................................................3 1.3 研究範圍與報告內容........................................................................5 1.4 預期貢獻 ............................................................................................6 第二章 直接位移設計法初步設計流程.................................................................7 2.1 耐震性能設計規範草案應用直接位移設計法之程序....................7 2.2 直接位移設計法 ..............................................................................10 2.2.1 與多自由度建築結構等效之單自由度系統........................10 2.2.2 等效單自由度系統之目標位移 x * .......................................11 2.2.3 目標韌性比與降伏位移........................................................16 2.2.4 直接位移設計法....................................................................19 2.2.4.1 替代結構 DBD 法 .....................................................19 2.2.4.2 替代結構 EBD 法 .....................................................23 2.2.4.3 非彈性結構容量震譜法 ...........................................24 2.2.4.4 泛用型容量震譜簡便計算法 ...................................31 2.3 影響直接位移設計法之參數..........................................................32 第三章 範例 1―規則鋼結構建築物....................................................................35 3.1 耐震性能設計目標與可接受標準(規範草案第二章) ...................35 3.2 結構系統規劃(規範草案第三章) ...................................................40. i.
(5) 建築物耐震性能設計規範適用性與合理性之檢討. 3.3 直接位移設計法初步設計..............................................................41 3.3.1 等效單自由度系統之目標位移 ..........................................41 3.3.2 目標韌性比與降伏位移........................................................44 3.3.3 直接位移設計法計算流程與結果........................................45 3.3.3.1 替代結構 DBD 法 .....................................................45 3.3.3.2 容量震譜法................................................................52 3.3.4 各參數對直接位移設計法計算結果之影響........................57 3.3.4.1 替代結構 DBD 法 .....................................................57 3.3.4.2 容量震譜法................................................................70 3.3.5 DBD 與容量震譜法比較......................................................74 3.4 與規範草案強度法初步設計比較..................................................77 3.4.1 規範草案強度設計法............................................................77 3.4.2 替代結構 DBD 法與強度法比較 .........................................80 3.4.3 非彈性結構容量震譜法與強度法比較................................84 3.5 小節 ..................................................................................................85 第四章 範例 2―規則 RC 建築物........................................................................89 4.1 耐震性能設計目標與可接受標準(規範草案第二章) ...................89 4.2 結構系統規劃(規範草案第三章) ...................................................95 4.3 直接位移設計法初步設計..............................................................97 4.3.1 等效單自由度系統之目標位移 ..........................................97 4.3.2 目標韌性比與降伏位移......................................................101 4.3.3 直接位移設計法計算流程與結果......................................102 4.3.3.1 替代結構 DBD 法 ...................................................103 4.3.3.2 容量震譜法..............................................................121 4.3.4 各參數對直接位移設計法計算結果之影響......................131 4.3.4.1 替代結構 DBD 法 ...................................................131. ii.
(6) 目錄. 4.3.4.2 容量震譜法..............................................................145 4.3.5 DBD 與容量震譜法之比較 ................................................153 4.4 與規範草案強度法初步設計比較................................................159 4.4.1 規範草案強度設計法..........................................................159 4.4.2 直接位移設計法與強度法比較..........................................163 第五章 範例 3―不規則 RC 建築物..................................................................175 5.1 耐震性能設計目標與可接受標準(規範草案第二章) .................175 5.2 結構系統規劃(規範草案第三章) .................................................180 5.3 直接位移設計法初步設計............................................................181 5.3.1 等效單自由度系統之目標位移 x * ...................................181 5.3.2 目標韌性比與降伏位移......................................................183 5.3.3 直接位移設計法計算流程與結果......................................184 5.3.3.1 替代結構 DBD 法 ...................................................184 5.3.3.2 容量震譜法..............................................................185 5.3.4 DBD 法與容量震譜法比較 ................................................187 5.4 與規範草案強度法初步設計比較................................................188 5.4.1 規範草案強度設計法..........................................................188 5.4.2 直接位移設計法與強度法比較..........................................190 第六章 結論與建議.............................................................................................197 6.1 結論 ................................................................................................197 6.2 建議 ................................................................................................200 誌謝. .................................................................................................................203. 附錄一 審查意見處理說明.................................................................................205 參考書目...............................................................................................................213. iii.
(7) 建築物耐震性能設計規範適用性與合理性之檢討. iv.
(8) 表目錄. 表目錄 表 1-1. 本研究所用範例總攬表 ..........................................................................5. 表 2-1. DBD/EBD 法對應圖 2-4 建築物變形型態之 K 係數.........................12. 表 2-2. SEAOC 99 附錄 I-B 位移法初步設計容許層間變位角.....................13. 表 2-3. 位移法初步設計用結構整體與構件容許韌性比 ................................17. 表 2-4. SEAOC 99 附錄 I-B 建築物各性能等級對應之系統有效阻尼.........21. 表 2-5. 直接位移設計法影響參數之意義及其參考文獻 ................................32. 表 3-1. 範例 1-5%阻尼比水平彈性設計反應譜加速度係數 S a , 475 (1) ............35. 表 3-2. 範例 1-5%阻尼比水平彈性設計反應譜加速度係數 S a , 475 (2) ............36. 表 3-3. 範例 1-5%阻尼比水平彈性設計反應譜加速度係數 S a , 2500 (1) ...........36. 表 3-4. 範例 1-5%阻尼比水平彈性設計反應譜加速度係數 S a , 2500 (2) ...........36. 表 3-5. 根據經驗預估的結構構件尺寸 ............................................................41. 表 3-6. 範例 1-方法一之等效單自由度系統之目標位移................................41. 表 3-7. 範例 1-方法二之等效單自由度系統之目標位移................................42. 表 3-8. 範例 1-方法三之等效單自由度系統之目標位移................................42. 表 3-9. 範例 1-方法四之等效單自由度系統之目標位移................................43. 表 3-10. 範例 1-ESDOF 目標位移......................................................................43. 表 3-11. 範例 1-方法一之目標韌性比................................................................44. 表 3-12. 範例 1-方法二之目標韌性比................................................................44. 表 3-13. 範例 1-搭配表 3-10 時方法三之目標韌性比 ......................................45. 表 3-14. 範例 1-DBD 法各 Case 計算結果 ........................................................45. 表 3-15. 範例 1-DBD 法 Case111111 計算流程與結果 ....................................49. 表 3-16. 範例 1-DBD 法 Case211111 計算流程與結果 ....................................50. 表 3-17. 範例 1-DBD 法 Case311111 計算流程與結果 ....................................51. v.
(9) 建築物耐震性能設計規範適用性與合理性之檢討. 表 3-18. 範例 1-容量震譜法各 Case 計算結果..................................................52. 表 3-19. 範例 1-容量震譜法 Case11111 計算流程與結果 ...............................54. 表 3-20. 範例 1-容量震譜法 Case21111 計算流程與結果 ...............................54. 表 3-21. 範例 1-容量震譜法 Case31111 計算流程與結果 ...............................55. 表 3-22. 範例 1-容量震譜簡便數值計算法 Case31121 計算流程與結果 .......57. 表 3-23 範例 1-DBD 法各子目標保持相同降伏位移時各 Case 計算結果 (M=1)......................................................................................................67 表 3-24. 範例 1-規範草案強度法水平設計地震力 (草案 4.3.2~4.3.5 節).......77. 表 3-25. 範例 1-強度設計法初步檢核最大層間變位角(0.17W) ......................78. 表 4-1. 範例 2-5%阻尼比水平彈性設計反應譜加速度係數 S a , 475 (1) ............90. 表 4-2. 範例 2-5%阻尼比水平彈性設計反應譜加速度係數 S a , 475 (2) ............90. 表 4-3. 範例 2-5%阻尼比水平彈性設計反應譜加速度係數 S a , 2500 (1) ...........91. 表 4-4. 範例 2-5%阻尼比水平彈性設計反應譜加速度係數 S a , 2500 (2) ...........91. 表 4-5. 範例 2-根據經驗預估的結構構件尺寸................................................96. 表 4-6. 範例 2-方法一之等效單自由度系統之目標位移(X 向) .....................97. 表 4-7. 範例 2-方法一之等效單自由度系統之目標位移(Y 向) .....................97. 表 4-8. 範例 2-方法二之等效單自由度系統之目標位移(X 向) .....................98. 表 4-9. 範例 2-方法二之等效單自由度系統之目標位移(Y 向) .....................98. 表 4-10. 範例 2-方法三之等效單自由度系統之目標位移(X 向) .....................99. 表 4-11. 範例 2-方法三之等效單自由度系統之目標位移(Y 向) ...................100. 表 4-12. 範例 2-方法四之等效單自由度系統之目標位移(X 向) ...................100. 表 4-13 範例 2-方法四之等效單自由度系統之目標位移(Y 向) .....................101 表 4-14. 範例 2-方法一之目標韌性比..............................................................102. 表 4-15. 範例 2-方法二之目標韌性比(X 與 Y 向) ..........................................102. vi.
(10) 表目錄. 表 4-16(a)範例 2-DBD 法 X 向各 Case 計算結果(M=1)..................................103 表 4-16(b)範例 2-DBD 法 X 向各 Case 計算結果(M=2)..................................107 表 4-17. 範例 2-DBD 法 Case111111 計算流程與結果 ..................................110. 表 4-18. 範例 2-DBD 法 Case321111 計算流程與結果 ..................................112. 表 4-19. 範例 2-應用等位移原理後 DBD 法 X 向計算結果之改變(M=1)....113. 表 4-20. 範例 2-DBD 法 Y 向各 Case 計算結果(M=1) ..................................116. 表 4-21. 範例 2-容量震譜法 X 向 Case11111 計算流程與結果.....................121. 表 4-22. 範例 2-容量震譜法 X 向 Case21111 計算流程與結果.....................122. 表 4-23. 範例 2-容量震譜法 X 向 Case31111 計算流程與結果.....................123. 表 4-24(a)範例 2-容量震譜法 X 向各 Case 計算結果(M=1) ...........................123 表 4-24(b)範例 2-容量震譜法 X 向各 Case 計算結果(M=2) ...........................125 表 4-25. 範例 2-容量震譜簡便數值計算法 X 向 Case32111 計算流程與結 果 ..........................................................................................................126. 表 4-26. 範例 2-容量震譜法採用相同降伏位移 X 向 Case31111 計算流程 127. 表 4-27 範例 2-容量震譜法於相同降伏位移下 X 向各 Case 計算結果 (M=1) ....................................................................................................128 表 4-28 範例 2-容量震譜法各 Case 計算結果(M=1、Y 向) .........................130 表 4-29 範例 2-規範草案強度法水平設計地震力..........................................159 表 4-30 範例 2-構材設計主筋配筋量..............................................................161 表 4-31 範例 2-Y 向直接位移設計法與強度法較接近之情形......................165 表 4-32 範例 2-X 向 J=3 與 J=4 之直接位移法計算結果 .............................169 表 4-33 範例 2-與強度法接近之直接位移設計法結果..................................170 表 4-34 範例 2-修改二元系統位移標準後之直接位移設計法結果..............171 表 5-1. 範例 3-5%阻尼比水平彈性設計反應譜加速度係數 S a , 475 (1) ..........176. vii.
(11) 建築物耐震性能設計規範適用性與合理性之檢討. 表 5-2. 範例 3-5%阻尼比水平彈性設計反應譜加速度係數 S a , 475 (2) ..........176. 表 5-3. 範例 3-5%阻尼比水平彈性設計反應譜加速度係數 S a , 2500 (1) .........176. 表 5-4. 範例 3-5%阻尼比水平彈性設計反應譜加速度係數 S a , 2500 (2) .........177. 表 5-5. 範例 3-方法二之等效單自由度系統之目標位移..............................182. 表 5-6. 範例 3-方法四之等效單自由度系統之目標位移..............................182. 表 5-7. 範例 3-方法四之等效單自由度系統之目標位移..............................183. 表 5-8. 範例 3-方法二之目標韌性比..............................................................183. 表 5-9. 範例 3-DBD 法 X 向 Case342211 計算流程與結果 .........................184. 表 5-10. 範例 3-DBD 法 Y 向 Case342211 計算流程與結果 .........................185. 表 5-11. 範例 3-容量震譜法 X 向 Case34211 計算流程與結果.....................186. 表 5-12. 範例 3-容量震譜法 Y 向 Case34211 計算流程與結果.....................186. 表 5-13. 範例 3-容量震譜簡便數值計算法 Case34211 計算流程與結果 .....187. 表 5-14. 範例 3-水平設計地震力計算(規範草案 4.3.2~4.3.5 節)...................188. 表 5-15. 範例 3-各方法勁度與強度需求..........................................................190. 表 5-16. 範例 3-主振態側推分析性能點..........................................................192. 表 5-17. 範例 3-X 向主振態側推最大層間變位角與容許韌性檢核..............192. 表 5-18. 範例 3-Y 向主振態側推最大層間變位角與容許韌性檢核..............193. 表 5-19. 範例 3-構件在 2500 年回歸期地震下之 IDDR(Y 向主振態側推)..193. 附表一-1 期中報告審查意見處理說明 .............................................................205. viii.
(12) 圖目錄. 圖目錄 圖 1-1 研究步驟.....................................................................................................4 圖 2-1 九十四年度耐震性能設計規範草案設計流程(新建建築物)..................8 圖 2-2 直接位移設計法設計流程(新建建築物)..................................................9 圖 2-3 MDOF 與 ESDOF 系統 ..........................................................................11 圖 2-4 建築物側向變形型態...............................................................................12 圖 2-5 Fajfar[1999]預設結構變形型態 .............................................................15 圖 2-6 長週期建築物依據目標位移與韌性標準之強度與勁度需求 ..............19 圖 2-7 替代結構法基本原理...............................................................................20 圖 2-8 容量震譜法...............................................................................................25 圖 2-9 Newmark-Hall 與規範非彈性反應譜比較 ............................................28 圖 2-10 降伏點需求譜法.......................................................................................30 圖 3-1 範例 1-建築物之耐震性能設計目標與可接受標準 ..............................35 圖 3-2 範例 1-5%阻尼比工址水平彈性設計反應譜加速度係數 S a , 475 ...........36 圖 3-3 範例 1-5%阻尼比工址水平彈性設計反應譜加速度係數 S a , 2500 ...........37 圖 3-4 範例 1-5%阻尼比工址水平彈性設計位移反應譜( S d , 475 ).....................37 圖 3-5 範例 1-5%阻尼比工址水平彈性設計位移反應譜( S d , 2500 )....................38 圖 3-6 範例 1-5%阻尼比工址水平彈性設計加速度-位移反應譜(475 年) .....38 圖 3-7 範例 1-5%阻尼比工址水平彈性設計加速度-位移反應譜(2500 年) ...38 圖 3-8 範例 1-10%阻尼比等效彈性設計加速度-位移反應譜(2500 年) .........39 圖 3-9 範例 1-韌性比 1.84 非彈性反應譜 .........................................................39 圖 3-10 範例 1-對應圖 3-9 之降伏點需求譜.......................................................40 圖 3-11 範例 1-結構配置 ......................................................................................40 圖 3-12 Case32121 對應 475 年地震之非彈性反應譜與目標位移 ...................56. ix.
(13) 建築物耐震性能設計規範適用性與合理性之檢討. 圖 3-13 Case32121 對應 2500 年地震之非彈性反應譜與目標位移 .................56 圖 3-14 範例 1-強度設計法與 DBD 法之強度與勁度需求................................58 圖 3-15 範例 1-DBD 法參數 J 對勁度需求之影響 ............................................59 圖 3-16 範例 1-DBD 法參數 J 對強度需求之影響 ............................................60 圖 3-17 範例 1-DBD 法參數 K 對勁度需求之影響 ...........................................61 圖 3-18 範例 1-DBD 法參數 K 對強度需求之影響 ...........................................62 圖 3-19 範例 1-DBD 法參數 L 對勁度需求之影響............................................63 圖 3-20 範例 1-DBD 法參數 L 對強度需求之影響............................................64 圖 3-21 範例 1-DBD 法參數 M 對強度與勁度需求之影響...............................65 圖 3-22 範例 1-DBD 法參數 N 對強度與勁度需求之影響 ...............................66 圖 3-23 範例 1-強度設計法與容量震譜法之強度與勁度需求..........................70 圖 3-24 範例 1-容量震譜法參數 J 對勁度需求之影響......................................71 圖 3-25 範例 1-容量震譜法參數 J 對強度需求之影響......................................71 圖 3-26 範例 1-容量震譜法參數 K 對勁度需求之影響.....................................72 圖 3-27 範例 1-容量震譜法參數 K 對強度需求之影響.....................................72 圖 3-28 範例 1-容量震譜法參數 M 對強度與勁度需求之影響 ........................73 圖 3-29 範例 1-容量震譜法參數 N 對強度與勁度需求之影響.........................73 圖 3-30 範例 1-週期相對誤差之絕對值..............................................................74 圖 3-31 範例 1-設計地震力相對誤差之絕對值..................................................75 圖 3-32 範例 1-L=2 時週期相對誤差之絕對值..................................................75 圖 3-33 範例 1-L=2 時設計地震力相對誤差之絕對值......................................76 圖 3-34 範例 1-強度設計法結構容量曲線..........................................................79 圖 3-35 範例 1-不同強度結構之容量曲線..........................................................80. x.
(14) 圖目錄. 圖 4-1 範例 2-建築物之耐震性能設計目標與可接受標準 ..............................89 圖 4-2 範例 2-5%阻尼比工址水平彈性設計反應譜加速度係數 S a , 475 ...........90 圖 4-3 範例 2-5%阻尼比工址水平彈性設計反應譜加速度係數 S a , 2500 ...........91 圖 4-4 範例 2-5%阻尼比工址水平彈性設計位移反應譜( S d , 475 ).....................92 圖 4-5 範例 2-5%阻尼比工址水平彈性設計位移反應譜( S d , 2500 )....................92 圖 4-6 範例 2-5%阻尼比工址水平彈性設計加速度-位移反應譜(475 年) .....93 圖 4-7 範例 2-5%阻尼比工址水平彈性設計加速度-位移反應譜(2500 年) ...93 圖 4-8 範例 2-7.5%阻尼比工址水平彈性設計加速度-位移反應譜(475 年) ..94 圖 4-9 範例 2-韌性比 2.69 之 2500 年非彈性反應譜 .......................................94 圖 4-10 範例 2-對應圖 4-9 之降伏點需求譜 ......................................................95 圖 4-11 範例 2-結構配置(立面與平面) ...............................................................95 圖 4-12 475 年等效彈性反應譜與目標位移(Case211111).............................111 圖 4-13 2500 年等效彈性反應譜與目標位移(Case211111)...........................112 圖 4-14 範例 2-強度設計法與 DBD 法 Y 向之強度與勁度需求 ....................119 圖 4-15 範例 2-強度設計法與 DBD 法 X 向之強度與勁度需求 ....................119 圖 4-16 J=2 與 J=4 時 X 與 Y 向變形型態之差異...........................................120 圖 4-17 475 年地震非彈性反應譜與等效彈性反應譜 .....................................122 圖 4-18 範例 2-容量震譜法是否採用相同降伏位移對強度需求之誤差........129 圖 4-19 範例 2-DBD 法參數 I 對 X 向勁度需求之影響..................................132 圖 4-20 範例 2-DBD 法參數 I 對 X 向強度需求之影響..................................133 圖 4-21 範例 2-DBD 法參數 J 對 X 向勁度需求之影響 .................................134 圖 4-22 範例 2-DBD 法參數 J 對 X 向強度需求之影響 .................................135 圖 4-23 範例 2-DBD 法參數 K 對 X 向勁度需求之影響 ................................136. xi.
(15) 建築物耐震性能設計規範適用性與合理性之檢討. 圖 4-24 範例 2-DBD 法參數 K 對 X 向強度需求之影響.................................137 圖 4-25 範例 2-DBD 法參數 L 對 X 向勁度需求之影響.................................138 圖 4-26 範例 2-DBD 法參數 L 對 X 向強度需求之影響.................................139 圖 4-27 範例 2-DBD 法參數 M 對 X 向強度與勁度需求之影響....................140 圖 4-28 範例 2-DBD 法參數 N 對 X 向強度與勁度需求之影響.....................140 圖 4-29 範例 2-DBD 法參數 J 對 Y 向勁度需求之影響 .................................141 圖 4-30 範例 2-DBD 法參數 J 對 Y 向強度需求之影響 .................................142 圖 4-31 範例 2-DBD 法參數 K 對 Y 向勁度需求之影響 ................................142 圖 4-32 範例 2-DBD 法參數 K 對 Y 向強度需求之影響 ................................143 圖 4-33 範例 2-DBD 法參數 L 對 Y 向勁度需求之影響.................................143 圖 4-34 範例 2-DBD 法參數 L 對 Y 向強度需求之影響.................................144 圖 4-35 範例 2-DBD 法參數 M 對 Y 向強度與勁度需求之影響....................144 圖 4-36 範例 2-DBD 法參數 N 對 Y 向強度與勁度需求之影響.....................145 圖 4-37 範例 2-容量震譜法參數 I 對 X 向勁度需求之影響 ...........................146 圖 4-38 範例 2-容量震譜法參數 I 對 X 向強度需求之影響 ...........................146 圖 4-39 範例 2-容量震譜法參數 J 對 X 向勁度需求之影響...........................147 圖 4-40 範例 2-容量震譜法參數 J 對 X 向強度需求之影響...........................147 圖 4-41 範例 2-容量震譜法參數 K 對 X 向勁度需求之影響..........................148 圖 4-42 範例 2-容量震譜法參數 K 對 X 向強度需求之影響..........................148 圖 4-43 範例 2-容量震譜法參數 M 對 X 向強度與勁度需求之影響 .............149 圖 4-44 範例 2-容量震譜法參數 N 對 X 向強度與勁度需求之影響 ..............149 圖 4-45 強度設計法與容量震譜法 Y 向計算結果 ...........................................150 圖 4-46 範例 2-容量震譜法參數 J 對 Y 向勁度需求之影響...........................150. xii.
(16) 圖目錄. 圖 4-47 範例 2-容量震譜法參數 J 對 Y 向強度需求之影響...........................151 圖 4-48 範例 2-容量震譜法參數 K 對 Y 向勁度需求之影響..........................151 圖 4-49 範例 2-容量震譜法參數 K 對 Y 向強度需求之影響..........................152 圖 4-50 範例 2-容量震譜法參數 N 對 Y 向強度與勁度需求之影響 ..............152 圖 4-51 範例 2-非彈性反應譜與等效彈性反應譜之差異................................153 圖 4-52 範例 2-X 向週期相對誤差 ....................................................................154 圖 4-53 範例 2-X 向設計地震力相對誤差 ........................................................155 圖 4-54 範例 2-X 向 L=2 時週期相對誤差之絕對值 .......................................156 圖 4-55 範例 2-X 向 L=2 時設計地震力相對誤差之絕對值...........................156 圖 4-56 範例 2-Y 向週期相對誤差 ....................................................................157 圖 4-57 範例 2-Y 向設計地震力相對誤差之絕對值........................................157 圖 4-58 範例 2-Y 向 L=2 時週期相對誤差之絕對值 .......................................158 圖 4-59 範例 2-Y 向 L=2 時設計地震力相對誤差之絕對值...........................158 圖 4-60 範例 2-強度設計法結構整體容量曲線................................................162 圖 4-61 範例 2-強度設計法與替代結構 DBD 法之強度與勁度需求(Y 向)...164 圖 4-62 範例 2-強度設計法與容量震譜法之強度與勁度需求(Y 向) .............164 圖 4-63 範例 2-強度設計法與 DBD 法設計結果容量曲線(Y 向)...................166 圖 4-64 範例 2-DBD 法 Y 向於主振側推之耐震性能績效點 .........................166 圖 4-65 範例 2-強度設計法與替代結構 DBD 法之強度與勁度需求(X 向)...168 圖 4-66 範例 2-強度設計法與容量震譜法之強度與勁度需求(X 向) .............168 圖 4-67 範例 2-強度設計法與容量震譜法設計結果容量曲線(X 向) .............171 圖 4-68 範例 2-容量震譜法 X 向於主振側推之耐震性能績效點...................172 圖 5-1 範例 3-建築物之耐震性能設計目標與可接受標準 ............................175. xiii.
(17) 建築物耐震性能設計規範適用性與合理性之檢討. 圖 5-2 範例 3-5%阻尼比工址水平彈性設計反應譜加速度係數 S a , 475 .........176 圖 5-3 範例 3-5%阻尼比工址水平彈性設計反應譜加速度係數 S a , 2500 .........177 圖 5-4 範例 3-5%阻尼比工址水平彈性設計位移反應譜( S d , 475 )...................177 圖 5-5 範例 3-5%阻尼比工址水平彈性設計位移反應譜( S d , 2500 )..................178 圖 5-6 範例 3-5%阻尼比工址水平彈性設計加速度-位移反應譜(475 年) ...178 圖 5-7 範例 3-5%阻尼比工址水平彈性設計加速度-位移反應譜(2500 年) .178 圖 5-8 範例 3-10%阻尼比工址水平彈性設計加速度-位移反應譜(2500 年)179 圖 5-9 範例 3-韌性比 2.69 非彈性反應譜 .......................................................179 圖 5-10 範例 3-對應圖 5 9 之降伏點需求譜 .....................................................180 圖 5-11 範例 3-結構配置 ....................................................................................180 圖 5-12 範例 3-規劃梁柱尺寸配置 ....................................................................181 圖 5-13 範例 3-強度設計法結構整體 X 向容量曲線 .......................................189 圖 5-14 範例 3-強度設計法結構整體 Y 向容量曲線 .......................................190 圖 5-15 範例 3-ETABS 計算 475 年地震之性能點(主振態側推) ....................191 圖 5-16 範例 3-ETABS 計算 2500 年地震之性能點(主振態側推) ..................192. xiv.
(18) 摘要. 摘. 要. 關鍵詞：建築物、耐震性能設計、規範、直接位移設計法 一、研究緣起 考慮設計理念之過渡，九十四年度『建築物耐震性能設計規範之 研擬』於規範草案中採用強度設計法初步設計搭配檢核與勁度相關之 位 移 標 準 ， 而 直 接 位 移 設 計 法 之 各 種 做 法 僅 簡 要 總 結 於 規 範 附 錄 B， 供工程界參考，尚未以案例進行探討，無法了解何種情形下以哪一種 方式進行初步設計較為有效、與強度法初步設計會有什麼樣的差異、 規範草案之設計反應譜與位移標準應用於直接位移設計法是否會導致 不合理之設計結果。本研究將以案例探討上述問題，除了確認規範附 錄所提直接位移法設計流程之可行性，也了解不同方法、不同參數對 設計結果造成之差異性，探討直接位移設計法搭配相關參數之合理性 與適用性，並建議最適參數，以使耐震性能設計規範草案更臻合理、 完善。. 二、研究方法及過程 本研究以工程實務應用為目的，以盡量應用現行構材設計規範、 避免於初步設計流程中反覆採用非線性分析為原則，依據國內現行鋼 構造建築物鋼結構設計技術規範以及結構混凝土設計規範，應用工程 界 常 用 的 分 析 軟 體 ETABS 進 行 結 構 分 析 與 設 計，以 範 例 檢 討 九 十 四 年 度『 建 築 物 耐 震 性 能 設 計 規 範 草 案 』附 錄 B 之 直 接 位 移 設 計 法 初 步 設 計 指 針 之 適 用 性 與 合 理 性。除 了 對 附 錄 B 之 內 容 作 必 要 修 訂 或 補 充 說 明以外，也確定耐震性能設計規範草案應用直接位移設計法之程序， 並 以 案 例 呈 現 設 計 流 程，探 討 包 括 性 能 標 準、等 效 單 自 由 度 目 標 位 移、 韌性比與降伏位移、有效阻尼比、反應譜折減係數、有效質量等各參 數影響強度與勁度需求之敏感度，比較各方法計算結果、計算複雜度 之 差 異，建 議 可 行 與 最 適 合 之 參 數 與 流 程，再 與 強 度 設 計 法 進 行 比 較， 以案例證明所建議方法之優點，最後建議未來研發方向，供產官學研 界參考。. xv.
(19) 建築物耐震性能設計規範適用性與合理性之檢討. 三、重要發現 1). 採用直接位移設計法求取強度與勁度需求時，在已知目標位移之 前提下，可以依據規範草案韌性標準與系統韌性容量計算容許韌 性比，再計算可能降伏位移；或假設降伏位移再計算對應目標位 移之可用韌性比。兩種方式具有實質性區別：前者決定了最小降 伏位移與最低強度需求；而後者，強度需求可能由韌性標準或由 假設之降伏位移控制，但該強度需求並不一定是滿足位移標準與 韌性標準之最低強度需求。所以，範例中均發現：其他參數不變 時，因可用韌性比低於容許韌性比，依據經驗公式假設降伏位移 (K=3)比 依 據 容 許 韌 性 比 (K=1 或 2)對 應 之 強 度 需 求 高，同 樣，K=2 比 K=1 強 度 需 求 高 之 情 形 是 因 為 其 對 應 之 容 許 韌 性 比 較 小 。. 2). 直接位移設計法求取之勁度需求，對鋼結構建築物而言，是基於 全 斷 面 構 材 之 勁 度 需 求 ， 對 於 RC 建 築 物 而 言 ， 為 考 慮 折 減 斷 面 後之勁度需求。. 3). 直 接 位 移 設 計 法 可 大 致 分 為 基 於 等 效 彈 性 反 應 譜 之 替 代 結 構 DBD 與 EBD 法 以 及 基 於 塑 性 結 構 非 彈 性 反 應 譜 之 容 量 震 譜 法 (含 降 伏 點 需 求 譜 法 )，可 採 用 圖 解 與 數 值 計 算。若 採 用 圖 解 計 算，替 代 結 構 DBD 與 容 量 震 譜 法 計 算 複 雜 度 相 近 ， 但 若 採 用 簡 便 數 值 計 算 法，容量震譜法更容易。. 4). 基 於 理 想 彈 塑 性 容 量 曲 線 (降 伏 後 勁 度 r=0)與 基 於 雙 線 性 容 量 曲 線 所得結果接近且前者相對較保守。三個範例基本以容量震譜法相 對替代結構法稍保守。. 5). 無 論 採 用 替 代 結 構 DBD 法 還 是 容 量 震 譜 法，各 參 數 對 強 度 與 勁 度 需 求 之 影 響 趨 勢 基 本 一 致。流 程 中 所 述 反 應 譜 折 減 係 數 取 法 (參 數 M)對 強 度 與 勁 度 需 求 之 影 響 不 顯 著 ； 有 效 質 量 計 算 法 (參 數 N)不 影 響 勁 度 需 求 ， 但 因 有 效 質 量 較 低 ， N=2 比 N=1(SEAOC1999 或 Priestley and Kowalsky [2000]建 議 有 效 質 量 )之 強 度 需 求 低 ， 多 以 N=1 較 接 近 強 度 法 或 最 佳 設 計 依 據 。. 6). 對 範 例 1 之 鋼 結 構 而 言 ， 基 於 SEAOC[1999]附 錄 I-B 篇 之 性 能 目 標與標準，該參考文獻建議之直接位移設計法流程對強度與勁度 需 求 估 計 較 保 守 ； 對 範 例 2 之 RC 結 構 而 言 ， 該 方 法 又 可 能 低 估 強度與勁度需求。. 7). 採用直接位移設計法時，應用經驗公式一定要注意適用範圍，例 如 ， 範 例 1 中 ， RC 結 構 變 形 經 驗 公 式 不 適 用 於 鋼 結 構 。. xvi.
(20) 摘要. 8). 計 算 等 效 單 自 由 度 系 統 目 標 位 移 時，範 例 1 中，J=3 與 J=4 相 近 ， J=2 因 RC 變 形 經 驗 公 式 用 於 鋼 結 構，差 異 較 大；範 例 2 中，X 向 J=3 與 J=4 相 近，J=2 因 韌 性 抗 彎 矩 構 架 系 統 變 形 經 驗 公 式 用 於 二 元 系 統，差 異 較 大，Y 向 J=2 與 J=4 相 近，J=3 誤 差 稍 大；範 例 3 中 ， J=2 與 J=4 相 近 ， J=3 相 對 誤 差 稍 大 。 所 以 ， 當 RC 韌 性 抗 彎 矩 構 架 系 統 變 形 經 驗 公 式 適 用 時 ， J=4 評 估 值 與 之 吻 合 ， 而 其 他 情 形 ， J=4 與 J=3 吻 合 。. 9). 容 量 震 譜 法 之 勁 度 需 求 主 要 與 性 能 標 準 (I)、 等 效 單 自 由 度 系 統 目 標 位 移 計 算 法 (J)相 關，受 降 伏 位 移 或 目 標 韌 性 比 計 算 方 式 (K)、反 應 譜 折 減 係 數 取 法 (M)影 響 很 小 甚 至 不 受 影 響 ， 但 替 代 結 構 DBD 法 之 勁 度 需 求 不 僅 受 I、 J 影 響 ， 受 K、 L、 M 影 響 程 度 也 相 對 較 大。. 10) DBD 法 與 容 量 震 譜 法 之 誤 差 主 要 來 自 於 等 效 彈 性 反 應 譜 與 非 彈 性 反應譜之差異性，包括基於有效阻尼比與韌性比之折減幅度不 同、長週期非彈性位移之折減與等位移原理之差異。範例 1 中， 以 L=2(規 範 草 案 有 效 阻 尼 比 )時 之 DBD 法 與 容 量 震 譜 法 計 算 結 果 最 接 近 ； 又 以 K=3 (依 據 經 驗 公 式 假 設 降 伏 位 移 )時 ， 兩 方 法 之 平 均 誤 差 最 小，但 該 平 均 最 小 誤 差 與 K=1 或 2 時 之 差 異 不 顯 著，而 最 大 誤 差 以 K=2 時 最 小 。 範 例 2 中 ， 無 論 X 或 Y 向 ， DBD 法 與 容量震譜法計算結果之平均相對誤差不因 L 取值而有顯著改變， 相 對 以 L=3 誤 差 較 大，L=1 與 L=2 差 異 很 小，以 K=3 時，兩 方 法 計算結果相對誤差最小。 11) 依 據 直 接 位 移 設 計 法 計 算 之 強 度 與 勁 度 需 求 進 行 RC 構 材 設 計 時，因考慮施工便易性、尺寸標準化以及採用現行構材設計規範 (例 如 ， 最 小 鋼 筋 比 等 要 求 )進 行 細 設 ， 實 際 上 不 易 得 到 剛 好 滿 足 性能標準之最佳解，一般勁度達成後，強度普遍會較高，因此， 滿足性能標準會有餘裕。 12) N=1 時，範 例 3 中 第 I 類 建 築 物 (現 行 規 範 I=1.0 者 )，K=3 之 強 度 需 求 (Vd/W)較 接 近 強 度 法 ， K=1 或 2 時 比 強 度 法 低 得 多 ； 而 範 例 1 中 第 III 類 特 別 重 要 建 築 物 (現 行 規 範 I=1.5 者 )，K=3 之 非 最 低 強 度 需 求 遠 超 過 強 度 法 設 計 模 型 與 最 佳 設 計 依 據 ， 反 而 以 K=1 或 2 時較接近且略超過強度法設計模型。該現象顯示：重要度越低之 建築物，依據規範草案目標位移與韌性標準之最低強度需求，低. xvii.
(21) 建築物耐震性能設計規範適用性與合理性之檢討. 於強度法強度需求，確保建築物機能之位移標準並不為控制標 準，此類結構應注意強度需求。重要度越高之建築物，確保建築 物機能之性能標準對應之最低強度需求控制設計。 13) 例 1、 例 2 之 Y 向 以 及 例 3 均 證 明 ， 基 於 規 範 草 案 建 議 之 彈 性 設 計 加 速 度 反 應 譜 係 數 與 位 移 標 準 (I=3)，依 據 規 範 草 案 附 錄 B 之 直 接位移設計法，搭配方法四之等效單自由度目標位移計算方式 J=4、規 範 草 案 容 許 韌 性 比 K=2(第 II、III 類 建 築 物 )或 假 設 降 伏 位 移 K=3(第 I 類 建 築 物 )、 規 範 草 案 有 效 阻 尼 比 L=2(替 代 結 構 DBD 法 )、規 範 草 案 反 應 譜 折 減 係 數 M=1、SEAOC1999 或 Priestley and Kowalsky [2000]建 議 之 有 效 質 量 N=1， 可 以 正 確 地 評 估 韌 性 抗 彎 矩構架之耐震需求，甚至合理評估不規則構架於兩向之不同需 求。但對於如範例 2 中 X 向含剪力牆之二元系統，基於規範草案 性 能 標 準 ， 可 能 高 估 目 標 位 移 ， 使 得 X 向 需 求 被 低 估 。 所 以 ， 94 年度規範草案特別強調相關之位移標準是作為強度法設計後檢核 用的標準，並不建議據此最佳化。 14) 含 剪 力 牆 之 二 元 系 統 之 位 移 標 準 之 訂 定 ， 除 了 參 考 分 析 評 估 結 果 與實驗數據以外，可以考慮依據二元系統計算之等效單自由度系 統之目標位移不超過被視為韌性抗彎矩構架之目標位移為原則。 15) 直 接 位 移 設 計 法 可 以 正 確 反 應 不 規 則 結 構 於 兩 方 向 之 不 同 耐 震 需 求。容 量 震 譜 法 相 較 替 代 結 構 DBD 法 保 守，此 方 法 結 合 強 度 設 計 法之細部設計理念，同樣可以適用於不規則結構物。 16) 基 於 本 研 究 範 例 ， 與 強 度 法 相 比 ， 直 接 位 移 法 初 步 設 計 除 了 降 低 對設計經驗之依賴性，還可以提高設計效率，設計出既滿足性能 目標又經濟之結構，節省造價。. 四、主要建議事項 1). 依 據 規 範 草 案 性 能 標 準 (I=3)， 採 用 規 範 草 案 附 錄 直 接 位 移 設 計 法 時，建 議 取 J=4(等 效 單 自 由 度 目 標 位 移 計 算 方 法 四 )、K= 2(第 II、 III 類 建 築 物 ， 採 用 規 範 草 案 容 許 韌 性 比 )或 K=3(第 I 類 建 築 物 ， 以 經 驗 公 式 假 設 降 伏 位 移 )、L=2(規 範 草 案 有 效 阻 尼 比，替 代 結 構 DBD 法 )、M=1(規 範 草 案 反 應 譜 折 減 係 數 )、N=1(SEAOC[1999]或 Priestley and Kowalsky [2000]建 議 之 有 效 質 量 )。. xviii.
(22) 摘要. 2). 計 算 RC 結 構 等 效 單 自 由 度 系 統 目 標 位 移 時 ， 建 議 以 類 似 側 推 分 析 之 邊 界 條 件 -基 面 固 定 端，考 慮 折 減 後 之 斷 面 計 算 振 態 型 式。有 屋突層者，將其質量集中於屋頂層，視為不含屋突層之建築物。. 3). 作為設計依據之耐震性能標準要依據結構系統詳細訂定。因剪力 牆與非結構牆的作用不同，對於含非結構牆之結構系統，例如含 非結構牆之韌性抗彎矩構架，不建議因考慮非結構牆而減小原結 構 系 統 位 移 標 準 值，因 為，較 小 之 位 移 標 準 會 使 得 結 構 需 求 增 加， 除非用於構材設計之結構分析模擬也確實考慮該非結構牆，否 則，一般未模擬者可能使得設計過於保守。何況，使用者打掉非 結構牆的不確定性很高，在沒有配套的維護管理制度嚴格地、有 效地限制此做法之前，不建議以大幅限制位移標準來考慮非結構 牆對結構系統耐震容量的貢獻，較好的做法是於耐震性能評估時 確實模擬非結構牆，了解是否因非結構牆的存在而改變結構的破 壞機制與耐震容量，確實保證耐震性能得以滿足。. 4). 為確保設計模型與評估所得容量曲線較為吻合，建議新建建築物 耐震性能評估檢核時，預加靜載重與活載重之比例與控制設計之 載 重 組 合 係 數 一 致 ， 但 不 低 於 100%靜 載 重 外 加 25%活 載 重 。. 5). 規 範 草 案 對 於 構 材 性 能 檢 核 ， 僅 要 求 80%構 材 滿 足 性 能 標 準 即 可 ， 本 研 究 於 案 例 探 討 中 發 現 ， 特 別 是 RC 結 構 物 ， 因 考 慮 施 工 便 易 性 與 尺 寸 標 準 化，韌 性 不 能 均 勻 發 揮，一 旦 柱 底 形 成 塑 鉸 後， 可 能 快 速 發 展，雖 然 不 影 響 整 體 耐 震 性 能，但 可 能 局 部 損 壞 嚴 重， 故 建 議 ：1) 100%柱 構 件 均 要 滿 足 標 準 ，其 他 構 材 ，80%滿 足 標 準 即 可；2) 構 材 性 能 標 準 不 滿 足 者，其 性 能 等 級 不 超 過 高 一 級 之 性 能 等 級 (性 能 等 級 以 OP、 IO、 DC、 LS、 CP 順 序 遞 增 一 級 )。. 後續研究課題建議如下： 立即可行建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：行政院國家科學委員會評鑑通過之相關研究機構 1) 輔 助 建 築 物 耐 震 性 能 設 計 推 廣 之 應 用 程 式 開 發 。 2) 高 層 ( T > 3.5Ts )且 不 規 則 建 築 結 構 物 之 耐 震 性 能 設 計 與 評 估 。. xix.
(23) 建築物耐震性能設計規範適用性與合理性之檢討. 中長期建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：行政院國家科學委員會評鑑通過之相關研究機構 1) 發 展 同 時 滿 足 強 度 、 韌 性 與 位 移 標 準 之 通 用 型 初 步 設 計 方 法 。 2) 總 結 地 震 災 害 調 查 中 與 結 構 實 驗 中 樓 層 側 移 與 建 築 物 損 壞 情 形 和 運作機能之關係，為準確建立直接位移設計法變位限制提供依據。 3) 相 關 附 屬 於 建 築 物 之 結 構 部 分 構 體、非 結 構 構 材 與 設 備、隔 震 與 含 被 動 消 能 系 統 等 建 築 物 之 耐 震 性 能 設 計；考 慮 不 確 定 因 素 之 可 靠 度 相關課題、建築物生命週期成本最低之經濟性課題。. xx.
(24) 摘要. ABSTRACT Keywords:. Building,. Performance-based. seismic. design,. Code,. displacement-based design Performance-based design has been widely recognized as an ideal method for seismic design in the future. A seismic design draft code for buildings by introducing performance-based design methodology was proposed in 2005. The draft code mainly employed a strength-based design method combined with a careful check on the displacement criteria. Examples have shown that under certain circumstances, the initial design results may not satisfy the design criteria or may be too conservative. The procedure is more. or. less. iterative. to. achieve. an. acceptable. tolerance.. A. displacement-based preliminary design procedure is believed to be more effective since the target displacement is closely related to post-yield deformation, non-structural damage and P-Delta effect. However, such a procedure was proposed in the appendix without detailed parametric and comparison studies. In order to improve domestic technique standard and provide a clear and easy follow guideline for engineers, the following issues has been clarified in this research. (1) A. displacement-based. design. flowchart. to. be. employed. in. performance-based seismic design. (2) Step-by-step displacement-based design approaches and key parameters including design criteria, equivalent SDOF target displacement, target ductility ratio and yielding displacement, effective damping ratio, spectral reduction factor and effective mass. (3) Step-by-step displacement-based design examples. (4) Rationality of the displacement design criteria and design spectra to be employed in the displacement-based design procedures. (5) Sensitivity of the key parameters to the seismic demand. (6) Comparison,. feasibility. and. suitability. of. the. proposed. displacement-based design approaches employing various combinations of the key parameters.. xxi.
(25) 建築物耐震性能設計規範適用性與合理性之檢討. (7) Comparison of the proposed displacement-based design method with the strength-based design method.. Based on the above studies, the reason that different approaches or different parameters resulted in different seismic demand has been examined. Suggestion. on. the. most. suitable. key. parameters. has. been. made.. Disadvantage on employing SEAOC suggested criteria and procedure has been found. Advantage of the suggested displacement-based procedure over the strength-based procedure has been demonstrated through examples.. xxii.
(26) 第一章 前言. 1. 第一章 前言 1.1 緣起與目的 自 1989 年 Loma Prieta 地震後，特別自 1992 年起，美國由聯邦危機災 害管理局(FEMA)贊助，經由如應用技術委員會(ATC)或各大學地震工程研 究中心等其他機構執行，針對既有建築物之防災、新建建築物之耐震設 計，引進耐震性能設計理念。1995 年 Vision 2000 [OES 1995]性能設計初步 架構提出之後，相關性能設計理念之架構、設計方法、評估方式等研究報 告[OES 1995、ATC-40 1996、FEMA-273 1997、 FEMA-356 2000、FEMA-350 2000、FEMA-368 2000、FEMA-450 2003、FEMA-440 2004 等]紛紛出爐， 近年來，眾多國家在新近頒布之設計規範與設計指針中也引進部分理念 [SEAOC 1999、IBC-2000 2000、IBC-2003 2003、JSCA 2000、AS/NZS 1170 2004、NBCC 2005]。為完善與落實耐震性能設計法於工程實務中，相關研 究仍在持續進行[ATC-58 2003、ATC-62 2006]。 因應技術發展及國際化之需求，特別在 1999 年集集大地震後，台灣也 著手推動建築物、橋梁以及港灣結構物等耐震性能設計法之研究，並期望 在最新建築物及橋梁耐震規範中引進性能設計法之理念。國內 2005 年 7 月公佈實施之建築物耐震設計規範也特別於強地動特性、微震區之劃分、 近斷層特性、地盤特性、機率法求取最大地表加速度 PGA 與反應譜之衰 減律、初步設計考慮多等級地震危害、非結構構材與設備、工程品管、隔 震與含被動消能系統之設計等方面進行研修，引進耐震性能設計部分理 念。至今，國內規範仍然強調強度與構材韌性設計細則，僅對中小地震下 之結構變位加以限制。 鑒於目前國內已有業主要求設計單位進行耐震性能設計，卻又無一規 範或設計指南可遵循，工程師們要進行耐震性能設計受到很大挑戰。為了 推動耐震性能設計法落實於國內建築物耐震設計，內政部建築研究所分別 於九十三與九十四年度贊助財團法人中興工程顧問社執行『建築物耐震性 能設計規範架構之研究』與『建築物耐震性能設計規範之研擬』之計畫。 九十三年度之研究內容對耐震性能設計法之基本理念以及國內、外主要研 究報告、設計規範、設計指南等參考文獻進行探討與綜理，研擬國內耐震 設計規範引進性能設計法之步驟，提出現階段耐震性能設計規範之架構。 九十四年度則探討現階段規範引進耐震性能設計理念需要研修之具體內. 1.
(27) 建築物耐震性能設計規範適用性與合理性之檢討. 容、建議研修方式與內容、提出規範草案與解說、具體設計流程與步驟， 也進行研修前後設計水平橫力之比較，並以範例說明如何應用規範。 九十三年度研究顯示：國內建築物耐震設計規範引進耐震性能設計理 念需要分階段分步驟進行，考慮設計理念之過渡，當前可行之方式即為採 用基於力法之間接位移設計法，即以現行強度設計法進行初步設計，再檢 核耐震性能目標，直到滿足。九十四年度規範草案以此為原則進行研修， 研修主要內容為：1) 耐震設計目標增加透明度；2) 釐清設計目標中之輸 入地震與結構設計流程中所需設計地震力之關係與區別；3)增加建築物對 應各地震危害等級之層間變位角限制，以保護建築物於各等級地震作用下 之機能；4)考慮性能目標高低或建築物用途對工址可建性與結構系統規劃 之要求；5) 初步設計以耐震性能目標與標準為導向，不同用途建築物之不 同耐震性能目標並不單純以提高強度來確保；6) 增加耐震性能檢核部分， 明確規定需檢核之目標、標準，流程、內容，並提供分析方法與其選擇原 則；7) 考慮既有建築物與新建建築物耐震評估標準之差異性；8)規範附錄 提供其他設計方法供參考。 全球地震工程領域專家學者一致認為：耐震性能設計法為未來建築物 規範必須遵循之方向，而位移是表達建築物耐震性能的重要指標之一 [13WCEE 2004]，顯示耐震設計由強調強度到考慮韌性，再到考慮位移之 發展過程。亦即：耐震性能設計法同時兼顧結構之損壞程度與建築物之機 能，除了考慮結構之強度與韌性以外，強調結構之非線性變形行為，藉由 增加對結構變形限制來保護建築物之機能。既有研究顯示最大層間變位角 與建築物之使用機能、非結構構件損壞程度、甚至結構破壞程度、P-Delta 效應等相關。所以，耐震性能設計法特別強調限制不同等級地震下之最大 層間變位角。近年來，發展直接以位移標準為目標導向設計之方法甚為流 行[Fajfar and Krawinkler 1997、 SEAOC 1999、Chopra 2001、Fajfar 2000、 Priestley and Kowalsky 2000、Xue 2001、Aschheim 2002、Bozorgnia and Bertero 2004、薛強與吳嘉偉 2004]，但尚未成熟。考量耐震性能設計理念 之落實也需要一過渡階段，九十四年度『建築物耐震性能設計規範之研擬』 於規範草案中採用強度設計法初步設計搭配檢核與勁度相關之位移標 準，而直接以位移標準為目標導向之直接位移設計法之各種做法僅簡要總 結於規範附錄 B，供工程界參考，尚未以案例進行探討，無法了解何種情 形下以哪一種方式進行初步設計較為有效；與所研擬之耐震性能設計規範 之強度法初步設計會有什麼樣的差異；基於九十四年度耐震性能設計規範 草案所提供之設計反應譜與位移標準，應用直接位移設計法是否會導致不 2.
(28) 第一章 前言. 合理之設計結果。本研究將以案例探討上述問題，除了確認規範附錄所提 直接位移法設計流程之可行性，對不適處加以修正以外，也了解不同方 法、不同參數對設計結果造成之差異性，探討直接位移設計法搭配相關參 數之合理性與適用性，並建議最適參數，以使耐震性能設計規範草案更臻 合理、完善。本研究之成果可作為未來相關研究與工程界日後應用之參考。. 1.2 研究方法及進行步驟 本研究結合本土地震特性，探討 Kowalsky et al. [1994]、Priestley et al. [1996]、Priestley and Calvi [1997]、Court and Kowalsky [1998]、SEAOC [1999]、Priestley and Kowalsky [2000]等替代結構 DBD/EBD 直接位移設計 法流程之可行性與適用性。也探討 Fajfar [1999]、 Chopra[2001]基於容量 震譜法耐震性能評估逆過程[Chopra, A. K., and Goel, R. K., 1999]之直接位 移設計法，本研究稱為容量震譜法，包括所謂降伏點需求譜法[Aschheim 2002]以及泛用型直接位移設計法[Xue 2001]。這些方法曾被引用於國內研 究[張國鎮等 2001、薛強 2002、蔡克銓等 2003、廖文義、羅俊雄與邱世彬 2003、薛強與吳嘉偉 2004、宋裕祺與蔡益超 2004]，但尚未有研究探討不 同參數搭配不同方法之可行性與適用性。 替代結構 DBD 法與容量震譜法之誤差主要來自於等效彈性反應譜與 非彈性反應譜之差異性，包括基於有效阻尼比與韌性比之折減幅度不同、 長週期非彈性位移之折減與等位移原理之差異等。無論採用何種方法，設 計結果均受到許多因素影響，包括性能標準(參數 I)、位移標準轉換為等效 單自由度目標位移之方法(參數 J)、假設之目標韌性或降伏位移(參數 K)、 有效阻尼比計算方法(參數 L-僅適應於替代結構法)、反應譜折減係數(參數 M)以及有效質量(參數 N)。例如國家地震中心[鄧崇任等 2004]之研究建議 方法以類似 SEAOC[1999]之位移標準與韌性標準、目標位移以及有效質量 計算方式，採用非彈性反應譜折減係數，也是本研究所探討參數組合之情 形之一，惟該文獻所用反應譜加速度係數，特別是中小地震對應設計反應 譜加速度係數來源不明確，但本研究所用反應譜基於九十四年度耐震性能 設計規範草案，除了排除因考慮初步設計而設定之下限，還原反應譜真實 型態以外，基本上與現行耐震設計規範一致。Fib[2003]雖以個案對這些方 法是否可行以及是否易用作了結論，但案例中尚未呈現每一步驟計算結 果，也未探討不同參數對計算結果之影響、不同方法之間的差異性，也未 能建議較適合的參數。. 3.
(29) 建築物耐震性能設計規範適用性與合理性之檢討. 所以，本研究以工程實務應用為目的，以盡量應用現行構材設計規範、 避免於初步設計流程中反覆採用非線性分析為原則，依據國內現行鋼構造 建築物鋼結構設計技術規範以及結構混凝土設計規範，應用工程界常用的 分析軟體 ETABS(第 8.4.8 版)進行結構分析與設計，以範例檢討九十四年 度研擬之『建築物耐震性能設計規範草案』[薛強等 2005]附錄 B 所總結之 直接位移設計法初步設計指針之適用性與合理性。除了對附錄 B 之內容作 必要修訂或補充說明以外，特別強調直接位移設計法流程中假設降伏位移 與依據容許韌性比求取強度與勁度需求之實質區別，並確定耐震性能設計 規範草案應用直接位移設計法之程序。最後，以案例呈現設計流程、探討 各參數影響強度與勁度需求之敏感度、比較各方法計算結果、計算複雜度 之差異、建議可行與最適合之參數與流程；並與強度設計法進行比較，供 工程界參考。 本研究除了要求研究團隊對直接位移設計法有廣泛與較深入的了解以 外，文獻綜理、應用軟體、案例分析能力均很重要。本研究中，分享本研 究團隊過去之經驗，再結合國際新近發表之相關文獻，提出可以應用於工 程實務之設計流程，並結合國內之地震特性，檢討設計流程與參數之合理 性與適用性。所有研究成果經由與國內相關領域之專家顧問討論以及綜合 本案審查委員意見修改後，再提送期末成果。 具體研究步驟如圖 1-1所示。 圖1-1 研究步驟. 4.
(30) 第一章 前言. 1.3 研究範圍與報告內容 本研究主要以九十四年度『建築物耐震性能設計規範之研擬⎯子計畫 二：案例研究』[薛強等 2005b]之範例(表 1-1)，探討建築物耐震性能設計 規範草案附錄 B 之直接位移設計法之適用性與合理性。不含高層( T > 3.5Ts ) 且不規則的建築結構物。除了本章對本研究之緣起、目的、研究方法與步 驟、研究範圍與報告內容以及預期之貢獻做說明以外，第二章介紹耐震性 能設計法應用直接位移設計法之程序、直接位移設計法各方法以及影響參 數。第三、四章分別以鋼結構、RC 建築物為例，檢討各設計參數搭配設 計流程之合理性、可行性、差異性，並與強度設計法進行比較。第五章以 一不規則 RC 建築物為例，應用前兩章研究成果所建議參數與流程進行設 計，並與 94 年度設計結果比較。第六章將對以上研究之發現做結論與建 議，並建議後續研究方向。. 表1-1 本研究所用範例總攬表 範例 1 範例 2. 範例 3. 規則性. 規則. 規則. 不規則. 結構型式. 鋼結構. RC. RC. 混凝土造韌性抗彎矩 混凝土造韌性抗彎 鋼造韌性抗彎矩構 構架與剪力牆之二元 結構系統 矩構架 架 系統，具非結構剛性牆 建築物分類 第 III 類建築物. 第 I 類建築物. 第 II 類建築物. 工址位置. 新竹市. 台中市. 台南縣. 地盤種類. 第二類地盤. 第一類地盤. 第三類地盤. 近斷層. -. -. 車籠埔斷層. 結構模型. 5.
(31) 建築物耐震性能設計規範適用性與合理性之檢討. 1.4 預期貢獻 本研究檢討直接位移設計法之設計流程之可行性、搭配九十四年度耐 震性能設計規範草案設計反應譜與位移標準以及其他影響參數之合理 性，為未來耐震性設計規範之落實與完善提供依據；提供參考案例並建議 最適參數，以利耐震性能設計之推動與示範；驗證直接位移設計法與間接 位移設計法之差異性與有效性，提昇設計效率，與國際工程技術接軌。. 6.
(32) 第二章 直接位移設計法初步設計流程. 2. 第二章 直接位移設計法初步設計流程 九十四年度建築物耐震性能設計規範草案初步設計流程中，採用強度 設計法搭配位移標準之初步檢核，其設計流程如圖 2-1所示，圖 2-1顯示： 規範草案基於經驗公式計算結構週期，以強度與韌性標準進行設計，再以 位移標準進行檢核，檢核不滿足者，需要重新修改設計再檢核。該設計流 程可能需要反覆迭代以滿足性能標準，或者初始設計結構較強，所有性能 標準均滿足，但可能太過保守、不經濟，也需要迭代修改。因結構物於大 地震下之行為更與非線性變形相關，微小的強度變化可能導致較大的變 形，而變位能直接反應建築物之使用機能或非結構構件之破壞狀態以及 P-Delta 效應，所以，以位移為設計參數、以目標位移與韌性標準為導向之 直接位移設計法被認為更加合理，然而，該方法因未成熟而僅放於九十四 年度耐震性能設計規範草案附錄 B。 既有直接位移設計法以位移標準為目標導向進行初步設計，但要求反 覆經由非線性分析對假設參數加以效核。考慮工程實務需求，本研究以盡 量應用現行構材設計規範，避免於初步設計流程中反覆採用非線性分析為 原則，以範例探討耐震性能設計規範草案附錄 B 各流程之可行性。以直接 位移設計法確定滿足目標位移所需設計強度與勁度後，如何直接以強度需 求與勁度需求來進行設計?結構系統規劃對直接位移設計法初步設計有何 影響?這些內容尚不夠明確。所以，本研究首要任務便是提供更為詳細之設 計流程，便於工程界應用參考。. 2.1 耐震性能設計規範草案應用直接位移設計法之程序 本研究中，耐震性能設計目標與標準比照耐震性能設計規範草案[薛強 等 2005]。惟圖 2-1初步設計流程以直接位移設計法替代草案所用強度設計 法搭配位移標準檢核之方式，修改後之設計程序如圖 2-2所示。與規範草 案設計流程(圖 2-1)相比，如圖 2-2圈選處所示，有如下改變： (1) 原強度設計法中，根據結構系統規劃，以經驗公式計算結構基本週期 T，再結合耐震設計性能標準之要求，求取設計滿足設計目標之設計地 震力，進行分析與設計；直接位移設計法中，不再如此以經驗公式求 取結構週期 T，但結構系統規劃將提供結構變形型態之訊息，再結合 耐震設計性能標準之要求，用於直接位移設計法設計流程中，以確定 強度與勁度需求。. 7.
(33) 建築物耐震性能設計規範適用性與合理性之檢討. 圖2-1 九十四年度耐震性能設計規範草案設計流程(新建建築物). 性能目標與標準 (建築物類別). IDDRa. 工址可建性. 輸入地震. 性能等級. (流程-附錄A). IDRa. 結構系統規劃 配置、材料、系統、高度、規則性、韌性容量、初始尺寸. 初步設計. 結構週期T (經驗公式). 分析與設計(設計地震力流程-附錄C). NG. (IDDRaÆIDDRRa；反應譜設下限). 初步檢核IDRa. OK 詳細評估與檢核耐震性能目標與標準 耐震性能分析與評估. (包括所有地震等級對應子目標). NG. 耐震性能檢核 整體與構材性能標準、破壞機制與弱層、極軟層與極度扭轉不規則性、建築物間距. OK 其他細部設計. 施工品保. 8. 維護保養與管理…….
(34) 第二章 直接位移設計法初步設計流程. 圖2-2 直接位移設計法設計流程(新建建築物). 性能目標與標準 (建築物類別) 性能等級 IDDRa. 工址可建性. 輸入地震 (流程-附錄A). IDRa. 結構系統規劃 配置、材料、系統、高度、規則性、韌性容量、初始尺寸. (1) 初步設計. 結構週期T (勁度需求) 設計地震力(強度需求). (2) 1. 分析與設計(含結構構材細部設計) 2 強度 勁度. NG. (3) 初步檢核 1. 勁度. 2. 強度. OK 詳細評估與檢核耐震性能目標與標準 耐震性能分析與評估. (包括所有地震等級對應子目標). NG 耐震性能檢核 整體與構材性能標準、破壞機制與弱層、極軟層與極度扭轉不規則性、建築物間距. OK 其他細部設計. 施工品保. 維護保養與管理……. 9.
(35) 建築物耐震性能設計規範適用性與合理性之檢討. (2) 原強度設計法中，基於經驗公式或結構系統規劃後之結構動力分析結 果計算結構基本週期，暗示假設勁度需求已知，據此計算設計地震力， 再根據構材設計規範，依據結構分析所得構材之內力與強度進行設 計；直接位移設計法中，同時求取勁度與強度需求，可以採用強度設 計或勁度設計兩種方式。本研究主要探討強度設計方式，以便與原強 度設計法比較。有關勁度設計之方式，可參見[薛強與吳嘉偉 2004]。 (3) 原強度設計法中，假設勁度需求已知，並據此計算強度需求來設計， 需要初步檢核勁度是否滿足耐震設計性能標準；直接位移設計法中， 若以類似原理，採用強度設計方式者，需要檢核勁度需求是否滿足要 求，若採用勁度設計方式，則需檢核強度需求是否滿足要求。但因直 接位移設計法不再假設週期，其勁度與強度需求來自於以性能標準為 導向之設計法，另外，初步檢核勁度之方法也是近似法，所以，初步 檢核可以省略，留待詳細評估與檢核。. 2.2 直接位移設計法 直接位移設計法係以位移為設計參數，以目標位移與韌性標準為導向 求取滿足目標位移與韌性比所需結構強度與勁度而進行設計之方法。近年 來，直接位移設計法得到廣泛研究，但其應用於初步設計尚未成熟。94 年 度建研所『建築物耐震性能設計規範之研擬』於規範草案附錄 B 中簡述各 直接位移設計法之基本原理與設計流程，經修訂補充後，總結如下：. 2.2.1 與多自由度建築結構等效之單自由度系統 建築結構耐震性能設計與評估常採用反應譜(基於單自由度系統)表示 所考量地震危害之強弱，因而多自由度(MDOF)建築結構之耐震性能評估 或設計常經由等效單自由度(ESDOF)系統替代。兩者之間的關係如圖 2-3 所示。 圖 2-3中，上標*代表 ESDOF，V 與 Q*分別為 MDOF 與 ESDOF 之基 底剪力，K 為勁度，r 為降伏後勁度與初始勁度比，圖中 MDOF 與 ESDOF 各參數之關係如下：. 10. x* = xt PF. (2-1). V y = PF × V * y. (2-2). V *y = M *×A *y. (2-3).
(36) 第二章 直接位移設計法初步設計流程. K = V y xt , y = K * = V * y x * y PF =. (2-4). {Φ}T [M ]{1} = ∑ mi Φ i {Φ}T [M ]{Φ} ∑ mi Φ i 2. (2-5). M * = {Φ}T [ M ]{1}. (2-6). 其中， {Φ}為結構變形控制型態，M*為 ESDOF 有效質量， mi 為樓層 i 之質量，PF 為 {Φ}之參與係數 Participation Factor， A * y 為等效單自由度系 統降伏基底剪力對應之譜加速度，或稱為譜降伏強度， A * y = S ay g ，其中， S ay 為譜降伏強度係數。. 圖2-3 MDOF 與 ESDOF 系統 xt. 基底剪力 V. x*. rK. Vy. rK*. V*y. 勁度 K xt,y. V*. K* =K 屋頂位移 xt MDOF. x*y. x* ESDOF. 2.2.2 等效單自由度系統之目標位移 x * 經由與其等效之單自由度系統替代，多自由度建築結構之位移標準─ 最大層間變位角 IDRa,PL，可轉換為等效單自由度系統之目標位移，其近 似估算方式如下： 方法一： SEAOC99 附錄 I 之 B 篇將建築物側向變形分為三類型態(圖 2-4)，以 式(2-7) 計算等效 SDOF 系統之目標位移，其中， hR 為建築物屋頂高度； k1 為等效 SDOF 有效高度 he 與建築物屋頂高度 hR 之比值(表 2-1)，相當於式 (2-2)PF 之倒數)； k 2 為有效高度處建築物側向位移與線性側向變形型態對 應位移之比值(表 2-1)。 IDRa , PL 為性能子目標對應初步設計用之層間變位 角，亦即：位移標準(表 2-2)，表 2-2中，性能等級 SP-1、SP-2、SP-3 與 SP-4 分別約等效於規範之 FO、DC、LS、CP。 11.
(37) 建築物耐震性能設計規範適用性與合理性之檢討. x* = xt / PF = xt k1 = IDRa , PL hR k1 k 2. (2-7). 圖 2-4中，已針對原報告[SEAOC 1999]之型態 3)作適當修改。. 圖2-4 建築物側向變形型態 1.0 K2. 1.0 K2 M*. M*. M*. hR he=k1hR. he=k1hR. he=k1hR IDRmax. 1)例如：抗彎矩構架. 2)例如：二元系統之剪力牆配抗彎矩構架 3) 例如：懸臂剪力牆. 表2-1 DBD/EBD 法對應圖 2-4建築物變形型態之 k 係數 樓. k1 (有效高度因子). 層 型態 型態 數. 1. 2. 型態 3. k 2 (變形型態因子). 型態 型態. H/L=2 H/L=5. 1. 2. 型態 3. µ=1 µ=2 µ=5. k 3 (有效質量因子 M * / M ). 型態 型態 1. 2. 型態 3 H/L=2. H/L=5. 1. 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.60 0.75 0.88 1.00 1.0 1.00. 1.00. 2. 0.83 0.83 0.90 0.85 1.00 1.00 0.60 0.75 0.88 0.90 0.90 0.90. 0.85. 3. 0.78 0.78 0.85 0.77 1.00 1.00 0.60 0.75 0.88 0.85 0.85 0.85. 0.75. 4. 0.75 0.75 0.85 0.77 1.00 1.00 0.60 0.75 0.88 0.85 0.85 0.85. 0.75. 5. 0.73 0.74 0.85 0.77 0.98 1.00 0.60 0.75 0.88 0.85 0.84 0.85. 0.75. 10 0.67 0.70 0.85 0.77 0.87 1.00 0.60 0.75 0.88 0.84 0.79 0.85. 0.75. 15 0.62 0.69 0.85 0.77 0.79 1.00 0.60 0.75 0.88 0.83 0.77 0.85. 0.75. 20 0.57 0.68 0.85 0.77 0.73 1.00 0.60 0.75 0.88 0.82 0.77 0.85. 0.75. 50 0.56 0.68 0.85 0.77 0.72 1.00 0.60 0.75 0.88 0.82 0.77 0.85. 0.75. 資料來源[SEAOC 1999 附錄 I-B]. 12.
(38) 第二章 直接位移設計法初步設計流程. 表2-2 SEAOC 99 附錄 I-B 位移法初步設計容許層間變位角 對應各性能等級之容許層間變位角 結構系統. SP-1. SP-2. SP-3. SP-4. (約等效於 (約等效於 (約等效於 (約等效於 規範 FO) 規範 DC) 規範 LS) 規範 CP) 混凝土 剪力牆 H/L=1. 0.003. 0.0055. 0.008. 0.01. H/L=2. 0.004. 0.008. 0.012. 0.015. H/L=3 結合(coupled)剪力牆. 0.01. 0.019. 0.028. 0.035. 0.005. 0.015. 0.03. 0.04. SCMRF. 0.005. 0.015. 0.03. 0.04. SCBF. 0.003. 0.008. 0.012. 0.015. EBF. 0.004. 0.013. 0.022. 0.032. SMRF. 0.005. 0.018. 0.032. 0.04. 剪力牆 H/L=1. 0.003. 0.055. 0.008. 0.01. H/L=2. 0.004. 0.007. 0.01. 0.012. H/L=3. 0.01. 0.017. 0.024. 0.028. MMRF. 0.005. 0.011. 0.022. 0.03. 0.005. 0.015. 0.024. 0.03. 含隔震系統. 0.003. 0.005. 0.008. 0.01. 含被動消能系統. 0.005. 0.014. 0.022. 0.03. 鋼結構. 磚石結構. 木結構 夾板(plywood)剪力牆 特殊技術. 註：適用於結構系統，以及需符合位移相容之非結構系統 若通過適當分析證明結構行為可以接受，本表限制值可以被取代。. 方法二： 根據經驗公式估算樓層目標位移。 例如：針對 RC 抗彎矩構架[Priestley and Kowalsky 2000]，計算各樓層 13.
(39) 建築物耐震性能設計規範適用性與合理性之檢討. 變位： δ i = θ d hi ; δ i = θ d hi (1 − 0.5hi / hn ); δ i = θ d hi (1 − (0.5 * (n − 4) / 16)hi / hn );. n≤4 n > 20. (2-8). 4 ≥ n ≥ 20. 針對行為如懸臂梁之含牆建築物(Cantilevered wall buildings) [Priestley and Kowalsky 2000]， 2 3. δi = ε y. hi2 lw. ε h ⎛ h ⎞ ⎛ ⎜⎜1.5 − i ⎟⎟ + ⎜⎜θ d − y n lw 2 hn ⎠ ⎝ ⎝. l ⎞ ⎞⎛ ⎟⎟⎜⎜ hi − p ⎟⎟ 2⎠ ⎠⎝. (2-9). 式(2-8)與(2-9)中，n 為樓層數， θ d 為性能標準之 IDRPL ， hi 為樓層 i 距 基面高度， hn 為樓高， δ i 為樓層 i 之位移。式(2-9)中， ε y =. fy Es. 為鋼筋之降. 伏應變， l w 為牆斷面長度， l p 為塑鉸長度，由式(2-10)與(2-11)計算，取大 者： l p = 0.2l w + 0.03hn. (2-10). l p = 0.054hn + 0.022 f y d b. (2-11). 其中， f y 為鋼筋之降伏強度， d b 為鋼筋直徑。 根據各樓層位移 δ i 與質量 mi ，經由式(2-12)可求取等效單自由度系統 之目標設計位移：. ∑ (m n. x* =. i =1 n. ∑ (m i =1. ×δi. i. i. 2. ). ×δi ). (2-12). 方法三： 根 據 結 構 系 統 可 能 變 形 型 態 {Φ} 之 振 幅 ， 求 取 之 變 位 係 數 (δ / h )max (最大層間變位比與屋頂側移比之比值)，再以 CODΦ =. (δ / h )max. x t / hn. = IDRa , PL (位移標準)反推屋頂位移[薛強與吳嘉偉 2004]。. xt =. IDRa , PL × hn CODΦ. (2-13). 結構系統可能變形型態可先由經驗公式估算之基本振動週期 T，若 T ≤ 3.5T 475 ，可採用概念設計結果振態分析之第一振態；否則，考慮其他高 S. 振態，採用各振態樓層剪力之 SRSS 或 CQC 組合之型態；或採用[Fajfar1999] 預設型態(圖 2-5)。等效單自由度系統目標位移可由式(2-1)求取。. 14.
(40) 第二章 直接位移設計法初步設計流程. 圖2-5 Fajfar[1999]預設結構變形型態. Φn =1. Φ ip. Φ ie. Φ i = Φ ie + Φ ip. Φ ie =. Hn Hi. 1 Hi µ Hn. ⎛ 1⎞H Φ ip = ⎜⎜1 − ⎟⎟ i ⎝ µ ⎠ Hn. (a) Frame-Wall Structures 或其他混合(hybrid)結構. Φn =1. Φ ip. Φ ie. Φ i = Φ ie + Φ ip. Hn Hn/2. Φ ie =. 1 Hi µ Hn. ⎛ 1⎞ H Φ ip = ⎜⎜1 − ⎟⎟ i for H i ≤ H n / 2 ⎝ µ ⎠ Hn/2 ⎛ 1⎞ Φ ip = ⎜⎜1 − ⎟⎟ ⎝ µ⎠. for H i ≥ H n / 2. (b) Beam-Sway Frame Structures. 值 x* =. 得. 提. 及. ：. 由. 式. (2-13). 與. (2-1). 可. 得. IDRa , PL × hn IDRPL × hn × k1 xt = = ，所以，此處 CODΦ 相當於式(2-7)與 PF PF × CODΦ CODΦ. 15.
(41) 建築物耐震性能設計規範適用性與合理性之檢討. 表 2-1之 k 2 之倒數。故方法一與方法三一致，惟方法三基於特定振態，而 方法一採用統計數據。. 方法四： 根據方法三之變形型態 {Φ}，於屋頂層正規化，求取層間變位 {δ }Φ 型 態，於 δ Φ ,max 正規化，記該樓層為 i，正規化後 {δ }Φ 乘以( IDRa , PL × hi )求得各 樓層目標變形大小 δ i ，再以式(2-12)計算等效單自由度目標位移。其中， hi 為樓層 i 距基面高度。 以上近似方法計算等效單自由度結構系統之目標位移會有差異，但僅 為直接位移初步設計法之步驟之一，性能可接受標準仍以最大可接受層間 變位角為準。若等效單自由度結構系統之目標位移估算得準確，可能不需 要多次迭代，設計結果便可以滿足最大可接受層間變位角。. 2.2.3 目標韌性比與降伏位移 多自由度建築結構之目標位移 xt 、目標韌性比 Rµ 與降伏位移 xt , y 之關 係如下： xt , y =. xt Rµ. 對於其等效單自由度系統，式(2-14)成立，亦即 x * y =. (2-14) x* 。 xt , y 與 x * y 之 Rµ. 關係滿足式(2-1)。 直接位移設計法設計流程中一般先假設降伏位移 x y 或性能等級對應 之目標韌性比 Rµ 二者之一，再由 xt 結合式(2-14)反算另外一參數，以檢核 該起始降伏位移與設計結果真實值之誤差，判定是否需要更新降伏位移、 韌性比甚至目標位移，以迭代程序完成初步設計。所以，初步假設之 xt , y 或 Rµ 關係到計算效率，以下介紹初步假設結構降伏位移或目標韌性比之方. 法：. 方法一： 搭配2.2.2方法一計算目標位移，採用如表 2-3所示 SEAOC[1999]容許 韌性比 Ra 作為目標韌性比 Rµ ，再以式(2-14)計算降伏位移。 16.
(42) 第二章 直接位移設計法初步設計流程. 表2-3 位移法初步設計用結構整體與構件容許韌性比 對應各性能等級之容許位移韌性比 結構系統. SP-1. SP-2. SP-3. SP-4. 剪力牆 1≤H/L≤5. 1.0. 2.5. 4.0. 5.0. H/L=10. 1.0. 1.6. 2.1. 2.5. 結合(coupled)剪力牆. 1.0. 3.0. 5.1. 8.0. SCMRF. 1.0. 3.6. 6.2. 8.0. SCBF. 1.0. 2.5. 4.0. EBF. 1.0. 3.6. 6.2. 8.0. SMRF. 1.0. 3.6. 6.2. 8.0. 剪力牆 1≤H/L≤5. 1.0. 2.1. 3.3. 4.0. H/L=10. 1.0. 1.4. 2.8. 2.0. MMRF. 1.0. 2.5. 4.0. 5.0. 夾板(plywood)剪力牆. 1.0. 2.9. 4.8. 6.0. 含隔震系統. 1.0. 1.0. 1.0. NA. 含被動消能系統. 1.0. 1.0. 1.0. NA. 混凝土. 鋼結構 5.0. 磚石結構. 木結構. 特殊技術. 註：適用於結構系統，以及其降伏之結構構件，且系統與構件採用相同韌性比， 後續研究可能建議系統與構件採用不同數值。. NA=未建議 [資料來源 SEAOC 99 附錄 I-B]. 17.
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