鋼筋混凝土建築物耐震能力初步評估平台開發與應用

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鋼筋混凝土建築物耐震能力

初步評估平台開發與應用

研 究 主 持 人 : 陳建忠 協 同 主 持 人 : 宋裕祺 研 究 員 : 蔡益超、陳長佑、李台光、謝宗興 研 究 助 理 : 邱毅宗、顏志良 研 究 期 程 : 中華民國 105 年 2 月至 105 年 12 月

內 政 部建 築研 究 所協 同 研 究 報告

中華民國 105 年 12 月

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i

目次

目次 ... i

表次 ... v

圖次 ... vii

摘要 ... xiii

ABSTRACT ... xv

第一章 緒論 ... 1

第一節 研究緣起與背景 ... 1

第二節 研究目的與內容 ... 3

第二章 文獻回顧 ... 5

第一節 前言 ... 5

第二節 國外之建築物耐震能力初步評估 ... 6

第三節 國內之建築物耐震能力初步評估 ... 11

第四節 建築物耐震能力初步評估軟體 ... 22

第三章 鋼筋混凝土建築物耐震能力初步評估 ... 27

第一節 前言 ... 27

第二節 基本資料表 ... 28

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ii

第三節 建築物耐震能力初步評估表 ... 30

第四節 建築物耐震能力評估 ... 38

第五節 建築物平立面圖表 ... 49

第六節 現況照片表 ... 50

第四章 耐震能力初步評估雲端平台建立 ... 51

第一節 前言 ... 51

第二節 評估流程 ... 51

第三節 功能需求分析 ... 52

第四節 PSERCB 介紹 ... 53

第五節 平台改善 ... 59

第六節 開發結果 ... 71

第七節 小結 ... 82

第五章 案例分析結果之統計與比較 ... 83

第一節 前言 ... 83

第二節 案例分析 ... 84

第三節 PSERCB 之耐震能力準確性探討 ... 100

第四節 PSERCB 之標準分數合理性探討 ... 101

第五節 其它建築物耐震能力初步評估之統計分析 103

(5)

iii

第六節 小節 ... 114

第六章 結論與建議 ... 115

第一節 結論 ... 115

第二節 建議 ... 117

附錄一 初審簡報專家審查意見與答覆 ... 119

附錄二 期中報告專家審查意見與答覆 ... 123

附錄三 期末報告專家審查意見與答覆 ... 127

附錄四 專家諮詢會議意見與答覆 ... 129

附錄五 鋼筋混凝土建築物耐震能力初步評估(PSERCB)應

用講習會 ... 137

附錄六 建築物相關資訊 ... 149

附錄七 一樓構件參數建議值 ... 151

附錄八 PSERCB 操作 Q & A ... 155

參考文獻 ... 159

(6)
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v

表次

表 2.1 危險度判定調查表 ... 7

表 2.2 危險度判定判定表 ... 7

表 2.3 RC 柱及 RC 牆的損害程度判斷表... 8

表 2.4 建築物耐震評估表格 ... 14

表 2.5 非典型校舍耐震能力初步評估表 ... 21

表 3.1 建築物基本資料表 ... 28

表 3.2 耐震能力初步評估表 ... 30

表 3.3 柱之損害程度 ... 34

表 3.4 牆之損害程度 ... 35

表 3.5

R

col

R

sw

R

bw

之建議表 ... 45

表 3.6 C

vcj

、C

Rcj

、C

vsj

、C

Rsj

、C

vbj

與 C

Rbj

之建議表 ... 45

表 3.7 建築物平練面圖表 ... 49

表 3.8 現況照片表 ... 50

表 4.1 系統分工表 ... 57

表 4.2 講習會之意見與回覆表 ... 60

表 4.3 耐震能力初步評估表(舊表)... 63

表 4.4 耐震能力初步評估表(新表)... 63

(8)

vi

表 4.5 標準層牆資料輸入表 ... 64

表 4.6 柱資料輸入表(舊表) ... 65

表 4.7 柱資料輸入表(新表) ... 65

表 5.1 建築物相關資料 ... 84

表 5.2 結構物主要尺寸 ... 85

表 5.3 結構物配筋資料 ... 86

表 5.4 不同

1 475 c A IA

之平均值小於各標準分數之機率表 ... 104

表 5.5 不同

1 475 c A IA

之平均值落於各判定區間之機率表 ... 105

表 5.6 不同耐震初評總分之平均值小於各標準分數之機率表

... 106

表 5.7 不同耐震初評總分之平均值落於各判定區間之機率表

... 109

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vii

圖次

圖 2.1 簡易評估法示意圖 ... 18

圖 2.2 耐震コロコロ ... 22

圖 2.3 建築物耐震相關問答 ... 23

圖 2.4 建築物耐震問答結果 ... 23

圖 2.5 建築物傾斜程度測量 ... 23

圖 2.6 建築物傾斜度 ... 23

圖 2.7 建築物傾斜程度評斷 ... 24

圖 2.8 建築物傾斜度評斷結果 ... 24

圖 2.9 地盤評估... 24

圖 2.10 地盤軟弱程度 ... 24

圖 2.11 地盤評估結果 ... 25

圖 2.12 綜合評估結果 ... 25

圖 3.1 地下室面積比 ... 31

圖 3.2 柱之損害程度 ... 34

圖 3.3 牆之損害程度 ... 35

圖 3.4 柱假設配筋位置 ... 41

圖 3.5 柱極限剪力修正係數 ... 42

(10)

viii

圖 4.1 評估流程... 52

圖 4.2 登入頁面... 54

圖 4.3 專案管理頁面 ... 54

圖 4.4 編輯專案頁面 ... 55

圖 4.5 封存專案頁面 ... 55

圖 4.6 關於 PSERCB 介紹頁面 ... 56

圖 4.7 虛擬機配置示意圖 ... 57

圖 4.8 系統壓力測試 ... 58

圖 4.9 監控平台... 59

圖 4.10 研討會場次示意圖 ... 60

圖 4.11 PSERCB 基本資料 ... 66

圖 4.12 PSERCB 斷面資料 ... 66

圖 4.13 複製 X 向柱斷面資訊 ... 67

圖 4.14 複製 X 向柱斷面資訊之警告視窗 ... 67

圖 4.15 建築物載重 ... 69

圖 4.16 柱主筋輸入(鋼筋比輸入) ... 69

圖 4.17 柱主筋輸入(鋼筋號數、根數輸入) ... 70

圖 4.18 RC 牆鋼筋輸入 ... 70

圖 4.19 PSERCB 登入頁面 ... 71

(11)

ix

圖 4.20 PSERCB 專案管理頁面 ... 72

圖 4.21 基本資料... 72

圖 4.22 定性評估表 ... 73

圖 4.23 參數設置... 73

圖 4.24 X 向斷面資料... 74

圖 4.25 Y 向斷面資料 ... 74

圖 4.26 資料上傳... 75

圖 4.27 現況照片上傳 ... 75

圖 4.28 PSERCB 評估結果 ... 76

圖 4.29 結論及重要註記 ... 76

圖 4.30 報告書(基本資料表) ... 77

圖 4.31 報告書(建築物耐震能力初步評估表) ... 77

圖 4.32 報告書(額外增、減分) ... 78

圖 4.33 報告書(重要註記及結果判定) ... 78

圖 4.34 報告書(材料參數) ... 79

圖 4.35 報告書(一樓柱極限剪力強度計算) ... 79

圖 4.36 報告書(一樓牆極限剪力強度計算) ... 80

圖 4.37 報告書(建築物 475 年地震回歸期耐震能力計算) ... 80

圖 4.38 報告書(建築物 2500 年地震回歸期耐震能力計算) . 81

(12)

x

圖 4.39 報告書(建築物平立面圖表) ... 81

圖 4.40 報告書(建築物現況照片表) ... 82

圖 5.1 建築物使用用途分佈 ... 83

圖 5.2 建築物樓層分佈 ... 83

圖 5.3 公有建築物之一樓平面圖 ... 85

圖 5.4 基本資料... 88

圖 5.5 定性評估表(結構系統) ... 88

圖 5.6 定性評估表(結構細部、結構現況) ... 89

圖 5.7 額外增、減分 ... 89

圖 5.8 參數設置... 90

圖 5.9 X 向斷面資料(一般柱) ... 90

圖 5.10 X 向斷面資料(RC 牆) ... 91

圖 5.11 Y 向斷面資料(柱) ... 91

圖 5.12 資料上傳... 92

圖 5.13 現況照片上傳 ... 92

圖 5.14 基本資料表 ... 93

圖 5.15 耐震能力初步評估表 ... 93

圖 5.16 耐震能力初步評估分數 ... 94

圖 5.17 耐震能力初步評估結果判定 ... 94

(13)

xi

圖 5.18 參數設置... 95

圖 5.19 柱極限層剪力強度計算 ... 95

圖 5.20 牆極限層剪力強度計算 ... 96

圖 5.21 建築物 475 年地震回歸期耐震能力計算 ... 96

圖 5.22 建築物 2500 年地震回歸期耐震能力計算 ... 97

圖 5.23 建築物平立面圖 ... 97

圖 5.24 建築物現況照片 ... 98

圖 5.25 公有建築物模型建立 ... 98

圖 5.26 X 向耐震能力詳細評估 ... 99

圖 5.27 Y 向耐震能力詳細評估 ... 99

圖 5.28 耐震初評分數標準之合理性 ... 101

圖 5.29 不同

1 475 c A IA

之平均值落於各判定區間之機率圖 ... 106

圖 5.30 不同初評總分之平均值落於各判定區間之機率圖 113

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(15)

xiii

摘要

關鍵詞:鋼筋混凝土耐震能力初步評估、雲端作業系統、定量評估、防災

一、研究緣起

耐震設計規範經多次修訂後,特定地區為數龐大的老舊建築物之耐震能力恐已不符 規範標準。若逐一進行詳細耐震能力評估,將需要相當的經費與時間。故本文根據內政 部建築研究所於 2014 年委託案中,研擬新版建築物耐震能力初步評估方法為基礎,開 發鋼筋混凝土結構物耐震能力初步評估之應用平台(Preliminary Seismic Evaluation of RC Building, PSERCB),讓使用者能夠快速且準確的估算建築物的耐震能力。 PSERCB 能夠將耐震評估結果之安全程度以分數表示,讓使用者能夠優先篩選出耐 震能力較差之建築物,優先進行耐震詳細評估與補強,進而節省成本與時間。最後評估 結果可直接列表印出,讓評估者在執行耐震能力初步評估作業上更加便利。另外,過去 政府機關進行許多耐震能力評估,其評估結果皆已紙本在不同地方各自保存,本平台能 夠將未來耐震能力評估結果儲存於雲端資料庫內,政府建管單位可透過此平台達到資料 檢視、分析、統計與管理之功能,作為後續大數據(Big Data)分析之依據,達到災害管理 的目的,讓資料能夠做更有效率的應用。

二、研究方法及過程

1. 蒐集國內、外文獻,重新探討 2014 年建築研究所委託案中耐震能力初步評估 表。 2. 建立鋼筋混凝土建築物耐震能力初步評估平台(PSERCB),提高使用者運用此 套初步評估方法之效率,並提供一儲存評估結果之雲端空間。 3. 透過統計分析探討 PSERCB 評估結果,並與耐震能力詳細評估結果比較,證實 PSERCB 之可靠性與合理性。 4. 透過一公有商辦大樓,比對 PSERCB 與詳細評估結果,再次證實 PSERCB 之 準確性。

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xiv

三、重要發現

經由 29 棟低矮與 1 棟 10 樓公有建築物之耐震能力初步與詳細評估結果,進行統計 分析與比對,兩者結果相當接近,PSERCB 精確度受到肯定。最後透過一系統不規則之 大型建築物與一 10 層樓高之公有辦公大樓之實際案例,介紹耐震能力初步評估分析的 作業程序,並將初步與詳細評估結果進行比對,透過此二個案例再次肯定 PSERCB 的精 確度。

四、主要建議事項

建議透過研討會方式,介紹 PSERCB 的操作,經研究團隊之講解,可以較快熟悉此 套程式之功能與運作,並且編撰操作手冊至於網上,讓評估者能夠及時查詢各參數代表 意義。

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xv

ABSTRACT

The numerous existing buildings maynot behave qualified seismic performance satisfied with the current seismic design code as a result of material deterioration or outdated design, etc. It needs a significant cost and time to do the detailed seismic evaluation of existing buildings for determination on necessary seismic retrofit. Therefore, development of a preliminary seismic evaluation system giving a rapid and reliable result is very important currently in Taiwan.

This thesis focused on developing the preliminary seismic evaluation of reinforced concrete buildings (PSERCB), based on research of Porfs. Sung and Tsai 2014, granted by Architect Research Institute, Taiwan. Both qualitative and quantitative evaluation results are involved in this framework. A cloud platform was established for the engineers to input the inspection of current status of buildings and the evaluation report is able to be downloaded as technical report. All the data on the cloud platform are collected as the basis of big data analysis for strategy of disaster prevention to government in the future.

The accuracy and reasonability of the developed PSERCB system was investigated by detailed assessment of 30 existing buildings.

The guideline of system operation and some technical parameters provided by the professional engineers or architecture association are included in Appendices.

This study could benefit the rapid screening of the buildings without sufficient seismic capacity and provide a preliminary seismic retroffiting in a short moment. In addition, the strategy on disaster prevention is able to be determined according to big data analysis of all the results obtained.

(18)
(19)

1

第一章 緒論

第一節 研究緣起與背景

臺灣位於環太平洋地震帶上,地質構造主要係由菲律賓海板塊與歐亞板塊互相推擠 之造山運動所形成,因菲律賓海板塊至今仍以年平均 7~11 公分之速度向歐亞板塊推擠, 使中央山脈與海岸山脈不斷持續上升,亦造成臺灣本島各地地震發生頻繁,而每年所記 錄得之有感地震更是超過百次。地震在臺灣地區造成地裂、噴砂、崖崩、公路坍方、鐵 軌變位、橋梁破壞、水壩潰堤、房屋倒塌、產業道路中斷等傷害,逕使人民傷亡及財產 損失不計其數。 民國 88 年 9 月 21 日於南投縣發生規模 7.3 之集集大地震重創全臺,國土破裂滿目 瘡痍,造成建築物損壞或倒塌者近 5 萬棟;民國 105 年 2 月 6 日於高雄發生規模 6.4 之 美濃地震重創台南,其中維冠金龍大樓倒塌釀成重大災情。建築物倒塌造成百姓陷入恐 慌與不安,社會經濟及國家社稷亦遭受嚴重挑戰。爰此,我國政府更加注重常時災害防 治作業,其中係以房屋建築物耐震能力評估與補強作業為首要工作,民國 86 年 6 月 6 日修正「建築技術規則建築構造編耐震設計規範與解說」(內政部台 86 內營字第 8672951 號函)、94 年 12 月 21 日再次修正「建築物耐震設計規範與解說」(台內營字第 0940087319 號令)及 100 年 1 月 19 日修正「建築物耐震設計規範及解說」(台內營字第 0990810250 號令)部分規定。921 地震發生後,政府積極改善既有公有建築物耐震能力,針對警政廳 舍、消防廳舍及學校校舍等,紛紛進行耐震能力評估與補強作業;0206 地震發生後,政 府亦開始推動耐震安檢,針對民宅進行耐震能力評估與補強作業。 直接對建築物進行耐震能力詳細評估與補強需耗費相當多的人力、時間及經費,若 能夠有一套耐震能力初步評估系統有效篩選耐震能力不足機率較高之建築物,再進行耐 震能力詳細評估與補強將可節省不少時間成本。現行耐震能力初步評估方法為民國 88 年由蔡益超教授所提出,內容多以定性評估為主[6],成果良劣取決於評估者自由心證, 有、無經驗的評估者可能會導致評估結果差異過大,變異性過高。內政部建築物研究所

(20)

2 於 2014 年委託宋裕祺與蔡益超進行研究,開發耐震能力初步評估表,此表同使考慮定 性及定量評估,能夠有效改善評估結果差異過大,變異性過高的問題。 另外,政府過去花費許多公帑進行初步調查與評估,但評估結果散落於各處且皆以 紙本方式呈現不易保存。有鑑於此,本文設計一耐震能力初步評估平台(PSERCB),希 冀透過此平台,將評估結果彙整儲存於同一雲端平台上,未來可進行數據分析與統計評 估,或配合 GIS 展現房屋建築耐震能力良劣之分佈區域,可作為耐震防災對策制定之依 據、都市更新策略之參考。

(21)

3

第二節 研究目的與內容

2014 年內政部建築研究所委託案所提出耐震能力初步評估方法,同時考慮定性及定 量評估,在民國 105 年 3 月 7 日內政部營建署召開會議,確認採用 PSERCB 作為美濃地 震過後之建築物的耐震初評依據。並於同年四、五兩個月辦理多次講習會,各界也提出 許多改善建議。爰此,本研究以改善 2014 年版耐震能力初步評估平台為主要研究目的, 而研究內容如下: 1. 蒐集國內外相關文獻,參考由專家羅列影響建築物耐震之重要因子,並重新訂定適 用於國內之耐震能力初步評估方法。 2. 將定量評估中最困難的計算部分由程式進行處理,包含:柱、RC 牆、磚牆之極限剪 力強度計算、100 年設計規範之設計地震力計算、建築物耐震能力計算等。 3. 將程式以網頁顯示,使用者不需下載軟體,僅需透過網路及瀏覽器即可進行耐震能 力初步評估。 4. 建立 EXCEL 匯入構件斷面之功能,提升使用者輸入斷面之方便性。 5. 建立照片上傳功能,希冀使用者可搭配評估平台使用。 6. 建構下載報告書功能,僅需於平台上完成耐震初評即可輸出報告書。 7. 透過案例分析與統計比對,了解耐震能力初步評估之準確性。 8. 將 PSERCB 與其他程式或系統結合應用,希冀提升我國防災、救災效率。

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第二章 文獻回顧

第一節 前言

臺灣之建築物耐震設計規範及解說經多次修訂後,特定地區為數龐大的老舊建築物 之耐震能力恐已不符最新規範標準。若逐一進行詳細耐震能力評估,將需要相當的經費 與時間。有鑑於此,本節蒐集國內外快速或初步耐震評估方法進行探討,重新檢討本研 究中所使用之耐震能力初步評估方法。 日本已將簡易自宅評估以 APP 呈現,本研究欲將最後擬定之耐震能力初步評估系 統建立於網路平台,希冀使用者可於任何時間、任何地方都能夠簡易的操作。並且將耐 震能力初步評估分法中計算部分由程式進行,讓使用者在使用本評估方法時更加便利。

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6

第二節 國外之建築物耐震能力初步評估

一、地震受害建築物應急危險程度的檢定手冊

日本靜岡縣都市住宅部建築科編著之地震受害建築物應急危險程度的鑑定手冊中, 針對震後受損建築物設計一危險度判定調查表,藉以判定危險之程度。調查表之範圍廣 泛地包含結構構材及附屬構造物等多個項目。而國家地震工程研究中心參考其架構,考 量校舍周遭之邊坡、擋土牆破壞或落石亦可能造成建築物及人員之不可預期的危險,所 以於危險度判定調查表加入以上所提之項目。簡化後之危險度判定調查表詳見表 2.1 與 表 2.2,表中對於 RC 柱或牆之損害程度判斷的標準列於表 2.3 中。

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7 表 2.1 危險度判定調查表 調查項目 危險度 A 級 B 級 C 級 1 地盤不均勻沉陷造成建物傾 斜 □小於 1 度 □1 度~2 度 □超過 2 度 2 建築物因地盤破壞下陷 □小於 0.2m □0.2m~1.0m □超過 1.0m 3 損壞程度Ⅳ柱數量/柱總數量 □小於 10% □10%~20% □超過 20% 損壞程度Ⅴ柱數量/柱總數量 □小於 1% □1%~10% □超過 10% 4 周遭邊坡或擋土牆破壞潛勢 □低 □中 □高 危險度合計 A 級個數 個 B 級個數 個 C 級個數 個 損害程度Ш 以上之柱或牆 □有 □無 【資料來源:中小學校舍耐震評估與補強,2000 年】 表 2.2 危險度判定判定表 危險度區分 □ 禁止進入 C 級個數 1 個以上或 B 級個數 2 個以上 □ 進入要注意 無 C 級判定但有 1 個 B 級個數 □ 使用可能 無 C 或 B 級 □ 安全 無損害程度Ш 以上之柱或牆 【資料來源:中小學校舍耐震評估與補強,2000 年】

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8 表 2.3 RC 柱及 RC 牆的損害程度判斷表 RC 柱及 RC 牆的損害程度 損害內容 Ι(受損輕微) 裂縫寬度在 2.0mm 以下。 П(輕度破壞) 裂縫寬度在 2.0mm~1mm。 Ш(中度破壞) 發生較大裂縫,混凝土僅少部分剝落,裂縫寬度 在 1mm~2mm。 Ⅳ(嚴重破壞) 裂縫寬度超過 2mm,混凝土嚴重剝落,鋼筋露出。 Ⅴ(完全破壞) 鋼筋挫屈,混凝土碎裂,柱或剪力牆有高度方向 性之變形,甚至有鋼筋斷裂之情形。 【資料來源:中小學校舍耐震評估與補強,2000 年】

二、日本建築防災協會制定之耐震診斷基準

由日本建築防災協會所制定的耐震診斷基準,診斷對象是一般 5~6 層以下鋼筋混凝 土建築物,此法由簡便的一次診斷到詳細的三次診斷共三種方法所構成,在此只介紹一 次診斷部分。 其方法為將既有建物之耐震指標

I

s,以三個指標相乘積而得 0 s D

I

  

E

S

T

(2.1) s

I

: 結構耐震指標 0

E

: 保有性能基本指標 T : 經年係數 其中

E

0為根據柱、牆壁的斷面積與樓地板面積概算求得水平強度,

E

0的計算為(2.2) 式及(2.3)式取大值。

S

D指標為針對平面整體性、邊長比、伸縮縫的間距、挑高之有無、 地下室之有無、層高的均勻性、軟弱層之有無、其他等項目進行檢核計算。T 指標為依

(27)

9 建築物的裂縫、變形及使用年數等項目,依其所定之折減係數,取其最小者為經年係數。 0 1 1 ( w c) w n E C C F n i      (2.2) 0 2 3 1 ( sc w c) sc n E C C C F n i        (2.3) n : 建築物樓層數 i: 評估的樓層 w

C

: 牆的強度指標 c

C

: 柱的強度指標 sc

C

: 極短柱的強度指標 w

F

: 牆的韌性指標 1

: (牆達極限強度時之柱強度和)/(柱的極限強度和),取 0.7 2

: (極短柱達極限強度時之牆強度和)/(牆的極限強度和),取 0.7 3

: (極短柱達極限強度時之柱強度和)/(柱的極限強度和),取 0.5

三、美國 ATC-20 之建築物震後安全評估

美國 ATC-20 擬定一套建築物震後安全評估步驟,惟並非以量化方式來判定建築物 之危險程度,而以列舉項目及評估者之判斷來決定建築物之危險程度。 美國 ATC-20 針對震後建築物之危險性評估的主要項目為: a. 整體結構方面 b. 倒塌或部分倒塌 c. 建物傾斜情形 d. 結構構材方面 e. 基礎破壞情形 f. 樓板破壞情形 g. 柱破壞情形 h. 梁破壞情形 i. 附屬結構方面

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10 j. 欄杆、隔間牆、電梯、樓梯、電線及瓦斯管線等 k. 邊坡破壞方面

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11

第三節 國內之建築物耐震能力初步評估

一、蔡益超教授擬定之鋼筋混凝土耐震能力初評表

蔡益超教授針對評估對象進行耐震評估之初步篩選,進而提出鋼筋混凝土耐震能力 初步評估表,如表 2.4 所示。此初步評估表針對影響耐震能力之主要因素研擬而成,共 有 18 個項目,依各項之重要性有不同的配分,總合為 100 分。各項目根據評估內容, 就可以決定權數,將權數乘以配分可得到該項目的危險度評分。危險度評分若大於 60 分,則表示該建築物的耐震能力確有疑慮,若介於 30 分至 60 分之間,則表示該建築物 的耐震能力有疑慮,若低於 30 分,則表示該建築物的耐震能力尚無疑慮。 其中,表 2.4 中各項說明羅列如下: 1. 設計年度 建築之耐震設計必須遵照耐震設計規範,各個不同時期之耐震設計規範(建築技術 規則)在震區劃分、震力係數、設計地震力計算、韌性設計等皆有所不同,所以各個不 同時期興建之建築物其耐震能力就有所不同。 2. 地盤種類 從各類地盤的正規化加速度反應譜來看,地盤越軟弱,引致的地震力越大。本項目 之地盤分類為依目前耐震設計規範來區分。 3. 工址震區加速度係數 震區之劃分及對應之震區水平加速度係數(Z)是根據建築物耐震設計規範來決定。 4. 地下室面積比,

r

a 建築物的地下室面積如果較大,地震時承受之土壤壓力較小,結構體也比較不會發 生差異沉陷之破壞。建築面積係地面以上建築物的投影面積。 5. 基礎型式 基礎若為基腳,且基腳間無繫梁,基腳較易發生土壤承載力不足之破壞或基腳結構 體之破壞。基腳間若有繫梁,或採用筏基或樁基時,則因連成一體,基礎傳遞之力量可

(30)

12 透過繫梁或地梁加以分配,安全性較高。 6. 基地土壤承載力 基礎下的土壤承載力不佳時,地震時比較容易產生土壤承載力不足之破壞,以及結 構體因差異沉陷過大產生之破壞。 7. 梁之跨深比,b 梁之跨深比為梁之淨跨與有效梁深的比值,此值越大,發生彎矩降伏的機會較大, 結構體較具韌性,此值越小,發生剪力降伏的可能性增加,結構體因較不具韌性,耐震 能力較差。 8. 柱之高深比,a 柱之高深比為柱之淨高與沿地震力方向之柱深的比值,此值越大,發生彎矩降伏的 機會較大,結構體較具韌性,此值越小,發生剪力降伏的可能性增加,結構體因較不具 韌性,耐震能力較差。 9. 牆量指標 建築物若具剪力牆、構架間填滿之非結構 RC 牆或磚牆,則其可承擔一部分之地震 力,則構架發生的一些不良破壞模式對耐震能力的影響就沒有那麼大。 10. 窗台、氣窗造成短柱嚴重性 窗台或氣窗若緊貼柱邊,會造成短柱。除會吸收較大之地震力外,其破壞模式也可 能由彎矩破壞轉變為剪力破壞,使耐震能力降低。 11. 磚牆造成短梁嚴重性 短梁在地震時會引致較高之剪力,因此可能會發生較不具韌性之剪力破壞,降低了 建築物之耐震能力。 12. 軟弱層顯著性 建築物的一樓常因使用之需要,二樓以上的非結構 RC 牆或磚牆沒有下到一樓,致 使一樓之極限層剪力強度降低。地震來襲時,一樓會先產生塑鉸,其韌性用盡後,建築 物就發生軟弱層破壞,其對應之耐震能力低。

(31)

13 13. 平面對稱性 結構物抵抗地震力之構材如左右、前後對稱,則建築物之質心與勁度中心通常不致 有太大之偏心。若建築物之質心與勁度中心有較大之偏心,則地震時會引致較大之扭矩, 增加損壞的可能性。 14. 立面對稱性 結構物若在立面上有顯著之退縮或勁度變化,則地震時將產生不易掌握的動力行為, 影響結構物的耐震安全。 15. 變形程度 結構體若有基礎的差異沉陷,則可能會傾斜,而構材若強度不足,也會產生較大之 變形。此些因素都會降低結構體的耐震能力。 16. 裂縫銹蝕滲水等嚴重性 鋼筋混凝土構材若具有裂縫,代表混凝土品質不良或強度不足,鋼筋銹蝕也會降低 構材之強度,此些因素都會影響結構物的耐震安全。 17. 屋齡 yr(年) 屋齡較大的建築物,其構材老化的程度較嚴重,耐震能力因此也較低。 18. 屋頂加建程度 屋頂若加建原設計不包含之加建物,由於加建物具有重量,且又位於最高的屋頂, 地震時產生的地震力比設於其他樓層更大,對結構物的耐震能力具相當之影響。

(32)

14 表 2.4 建築物耐震評估表格 項 次 項目 配 分 評估內容 權 數 危 險 度 評 分 1 設計年度 4 □63 年 2 月以前(1.0) □63 年 2 月~71 年 6 月 (0.75) □71 年 6 月~78 年 5 月(0.5) □78 年 5 月 ~86 六年 5 月(0.25) □86 年 5 月以後(0) 2 地盤種類 5 □台北盆地(1.0) □第三類(0.8) □第二類(0.4) □ 第一類( 0) 3 工址震區加速度 係數 5 (Z-0.18)/0.15;其中 Z:震區加速度係數 4 地下室面積比,ra 5 0≦(1.5-ra)/1.5≦1.0;ra:地下室面積與建築 面積之比 5 基礎型式 5 □基腳(無繫梁) (1.0) □基腳(有繫梁) (0.5) □樁 基或筏基(0) 6 基地土壤承載力 4 0<(10-b)/8<1.0 7 梁之跨深比,b 6 0<(6-a)/4<1.0 8 柱之高深比,a 6 □極差(1.0) □不良(0.67) □尚可(0.33) □良好(0) 9 牆量指標 8 □極差(1.0) □不良(0.67) □尚可(0.33) □良好(0) 10 窗台、氣窗造成 短柱嚴重性 8 □高(1.0) □中(0.67) □低(0.33) □無(0) 11 磚牆造成短梁嚴 重性 6 □高(1.0) □中(0.67) □低(0.33) □無(0) 12 軟弱層顯著性 8 □高(1.0) □中(0.67) □低(0.33) □無(0) 13 平面對稱性 6 □差(1.0) □尚可(0.5) □良(0) 14 立面對稱性 4 □差(1.0) □尚可(0.5) □良(0) 15 變形程度 4 □大(1.0) □中(0.67) □小(0.33) □無(0) 16 裂縫銹蝕滲水等 程度 8 □高(1.0) □中(0.67) □低(0.33) □無(0) 17 屋齡,yr(年) 3 yr /50≦1.0 18 屋頂加建程度 5 □高(1.0) □中(0.67) □低(0.33) □無(0) 分數總計 100 評估結果 □確有疑慮(D>60) □有疑慮(30<D<60) □尚無疑慮(D<30) 【資料來源:中小學校舍耐震評估與補強,2000 年】

(33)

15

二、簡單計算耐震能力評估法

此方法為由蔡益超教授所提出,針對影響耐震能力最重要的八項因素,經簡單計算 而得崩塌地表加速度,此八個因素為:規範最小設計水平總橫力、梁破壞模式、柱圍束箍 筋、柱高深比、建築物具非結構牆之修正、建築物具剪力牆之修正、平面與立面對稱性、 結構體現有缺陷評估。此八個因素的影響係數以

F

i表示,則建築物之耐震能力

a

c為震區 水平加速度係數Z乘以

F

1

F

8係數值。 1 2 3 4 5 6 7 8

( )

c

a

Z g F F F F F F F F

(2.4)

三、學校建築快速耐震診斷法

此一耐震診斷法由郭欣怡及許茂雄教授所提出,共提供 3 種不同層次之耐震診斷法, 其中一次診斷與二次診斷是三次診斷逐步簡化結果: 一次診斷法為壁量比與柱量比的計算,將診斷學校一樓的壁量比與柱量比繪於圖上, 即可知道該建築物大約擁有的崩塌地表加速度。 二次診斷法為實用耐震診斷公式,將診斷學校樓層的磚牆、RC 牆、一般柱、長柱 與總樓地板面積代入公式中,即可計算得該建築物擁有的崩塌地表加速度。 三次診斷為靜態推垮曲線法,根據垂直構材實際尺寸、配筋與材料強度,先得到單 一構材的水平位移與水平載重之非線性曲線,在假設建築物為剪力屋架的條件下,以位 移控制累加各垂直構材之非線性曲線而得到整棟建築物診斷樓層之靜態推垮曲線,再依 據工址正規化水平加速度係數C、結構系統地震力折減係數

F

u與建築物重量W ,就可 求得崩塌地表加速度。

四、一樓層剪力之簡易耐震評估法

一般建築物之耐震能力可以一樓柱與牆能否抵抗地震時產生之水平力判別。因此, 根據一樓之極限層剪力可概略估計該建築物之耐震能力,惟極限剪力之計算相當複雜, 國家地震工程研究中心經過合理之簡化,將其計算簡單與合理化。簡易耐震評估法係推

(34)

16 求建築物一樓之極限強度以及對應之韌性容量,此方法主以初步評估現有學校建築之耐 震能力,將耐震能力不足之校舍進行初步篩選,作為詳細評估之首要建築物。計算方法 說明如下: (1)柱之剪力計算 由於柱之破壞可能為剪切破壞,也可能為撓曲破壞,所以須先比較單根柱之降伏剪 力及柱兩端產生之塑鉸時對應之剪力,來求得柱降伏時所能提供之層剪力(

V

col)為多少, 其計算式可表示為: col V min(2My/LnVy) (2.5) 其中Vy VcVs為柱之剪力強度,

V

c為混凝土所提供之剪力強度,

V

s為鋼筋所提 供之剪力強度。My為柱之降伏彎矩,可依下式估算: 0.8 0.5 (1 / ( ' )) y s y c g MA f dPdP f A (2.6) n

L

為柱之淨高(如圖 2.1),P為靜載重加考慮活載重所造成柱之軸力。求得單根柱 之強度後,仍需知道其韌性為何才可進行其耐震能力之評估,於此韌性之計算方法為, 若為剪力降伏則取其韌性

R

col=1.0,若為彎矩降伏則依其塑鉸區之箍筋量來決定其韌性, 其計算公式為。 col

R

1.0 2.0 < 3.0

(2.7) sh provide sh code (A ) /(A )

 (2.8)

對矩形柱而言,

(A )

sh code為規範規定之箍筋總斷面積,

(A )

sh code

=Max[A

sh1

A

sh2

]

A

sh1

A

sh2分別如下: sh1 ' A 0.3 c g 1 c c yh A f ah A f      (2.9)

(35)

17 sh2 ' A 0.09 c c yh f ah f  (2.10) 由於一根柱全長的箍筋並不一定完全相同,所以計算Vy

R

col中所用之

A

sh可能有 不同。以上之計算為假設柱頂及柱底皆產生塑鉸之情況計算單根柱所提供之層剪力,此 計算方法並不考量與柱連接梁是否會先產生降伏之情況,所以可能高估單根柱所提供之 層剪力,但本方法為進行建築物初步評估之工作,目的在將耐震能力嚴重不足建築物挑 選出來,因此只考慮柱降伏之狀態應屬合理。 (2) 單一磚牆破壞所提供之層剪力 由於學校建築中常充填磚牆作為教室間隔之用途,磚牆本身所能提供之層剪力及相 對應之韌性為: bw bw

V = V

(2.11) bw

R

= 1.0

(2.12) 式中

V

sw為磚牆之破壞強度,其計算之方法於此依據許茂雄教授所建議進行計算, 另由於磚牆破壞多屬脆性破壞,故取其韌性

R

bw為 1.0。 (3) 單一 RC 牆破壞所提供之層剪力 由於學校建築中常充填 RC 非結構牆作為教室隔間之用途,磚牆本身所能提供之層 剪力及相對應之韌性為 0.53 ' sw c cv n y cv Vf A  f A (2.13) sw

R = 1.5

(2.14) 式中

n為與剪力方向垂直之平面上剪力鋼筋比,

A

cv為平行剪力方向之長度乘以腹 版厚所得之混凝土斷面積,若 RC 非結構牆的配筋無法得知,保守既可取 0.002 計算,

(36)

18 另由於 RC 非結構牆並未經過設計,且品質不確定性較高,故取其韌性

R

sw為 1.5。 側向力 Ln Ln Vy Vw My My My My Vcol = min(2My/Ln , Vy ) 圖 2.1 簡易評估法示意圖 【資料來源:中小學校舍耐震評估與補強,2000 年】 (4) 一樓之層剪力 一樓之層剪力為將所有牆及柱提供之層剪力求和而得 tot col bw sw V

V

V

V (2.15) 上式之計算為假設地震時所有柱及牆皆未能發揮其所有強度,故其一定高估建築物 之層剪力,所以建築物若於此計算方式下若還未能達到其耐震需求,則代表此建築物卻 有耐震上之疑慮。 (5) 平均韌性之計算 col col bw bw sw sw av tot V R V R V R R V   

(2.16) 此平均韌性之計算方法採用蔡益超教授所提詳細評估法中計算韌性之方法。由於地 震時結構之韌性不宜用盡以確保結構之穩定,所以依耐震設計規範將容許韌性取為平均 韌性之一半,即

1.0 (

1.0) / 2.0

a av

R

R

(2.17) (6) 偏心扭矩效應 若建築物具有平面之不規則性,擇其一樓之層剪力需用係數

F

t加以折減,

F

t由評估

(37)

19 者依據經驗及結構型態自行決定。

<1.0

u t tot t

V

F V

F

(2.18) 依據相關對於校舍建築有關扭矩效應之研究發現,校舍建築之扭矩效應對建築物之 耐震能力影響並不顯著,其對應之

F

t值約在 0.96~0.98 左右。 (7) 建築物能承受之地表加速度為 u u V F Z WIC  (2.19) 上式中C

F

u計算時採用割線勁度對應之週期值(

T

s)。 2 s e a TTR (2.20) e

T

: 為彈性週期,Te 0.07hn0.75或Te 0.05hn0.75。 a

R

: 為容許韌性,

R

a

 

1 (

R

av

1) / 2

五、校舍初步評估表

國家地震工程研究中心根據日本建築防災協會制定之耐震診斷基準,並與國內實際 學校建築情況與實驗結果,擬定出適合於學校建築之初步耐震能力評估表,如表 2.5 所 示。 此方法與前一節提到「一樓層剪力之簡易耐震評估法」相似,以 RC 柱、RC 牆與 磚牆三種構件之極限剪力強度評估建築物之耐震能力,不同處為此方法係以現場量測各 構件之斷面積與單位面積極限強度相乘積,即為一樓層之極限剪力強度,再配合韌性容 量與建築耐震設計規範及解說,可得「基本耐震性能」之評分。除此之外,根據校舍之 平立面圖與其他修正因子之總和即為「整體調整因子」,將其兩者相乘即可得校舍之「耐 震指標」分數。 國震中心根據地震回歸期 475 年發生時之狀況,進而擬定耐震指標分數。低於 80 分者,表示建築物之耐震能力不足,將有嚴重損壞之疑慮;若指標分數介於 80 與 100

(38)

20 者,表示具耐震能力不足之疑慮;如分數高於 100 分者,則無耐震安全上之疑慮。 此方法假設建築物之破壞於底層,並且假設混凝土抗壓強度 fc'為 160 kgf/cm2,鋼 筋之降伏強度 fy為 2800 kgf/cm2,二樓以上至屋頂之單位面積載重皆為 900 kgf/m2 根據以上假設,可以下式計算校舍基本耐震性能 E:           code f RCW C BW BW Z A A A A A E 10 ) 8 5 5 . 0 ( 4 3 (2.21) 其中,

A

BW4: 一樓磚牆總斷面積(四面圍束),單位 cm 2

A

BW3: 一樓磚牆總斷面積(三面圍束),單位 cm 2

A

C : 一樓 RC 柱總斷面積,單位 cm 2

A

RCW : 一樓 RC 牆總斷面積,單位 cm 2 f A : 二樓以上樓地板總面積,單位 cm2 code

Z

: 現行耐震規範之震區係數 由前述求得基本耐震性能 E,尚須根據調整因子將其修正。調查因子共有六項,分 別為:(1)平面及立面對稱性 q1,(2)軟弱層顯著性 q2,(3)裂縫銹蝕滲水程度 q3,(4)變形 程度 q4,(5)平面耐震性 q5,(6)短柱嚴重性 q6等,並且定義整體調整因子 Q 為六項調整 因子之乘積如下式 6 5 4 3 2 1

q

q

q

q

q

q

Q

(2.22) 因此,可定義耐震指標 Is為基本耐震性能與調整因子之乘積如下式

Q

E

I

s

(2.23)

(39)

21

表 2.5 非典型校舍耐震能力初步評估表

(40)

22

第四節 建築物耐震能力初步評估軟體

日本由 Homeadvisor 於 2012 年開發設計一套有關耐震能力初步評估的 APP(耐震 コロコロ),如圖 2.2 所示,程式的操作簡易,僅需查看房子,並回答 10 個問題,如建 築物建造時間等,如圖 2.3~圖 2.4 所示,使用者便能對自家做耐震能力評估。若使用者 都能夠對自宅做簡易的耐震評估,可使災害發生率降低,亦可預先了解房屋現狀。 該評估用 APP 可以透過手機內建的水平儀檢測建築物的傾斜程度,測量建築物是 否傾斜,如圖 2.5~圖 2.8 所示;亦可透過手機中 GIS 或由使用者自己輸入地址而得到建 築物地盤軟弱程度,如圖 2.9~圖 2.11 所示。 最後將建築物問答、傾斜度、地盤之評估結果綜合探討,得到最後耐震能力評估結 果如圖 2.12 所示。 圖 2.2 耐震コロコロ 【資料來源:AppBank】

(41)

23

圖 2.3 建築物耐震相關問答 圖 2.4 建築物耐震問答結果

(42)

24

圖 2.7 建築物傾斜程度評斷 圖 2.8 建築物傾斜度評斷結果

(43)

25

圖 2.11 地盤評估結果 圖 2.12 綜合評估結果

(44)
(45)

27

第三章 鋼筋混凝土建築物耐震能力初步評估

第一節 前言

本文所採用之耐震能力評估方法主要根據內政部建築研究所於 2014 年委託宋裕祺 教授與蔡益超教授之研究成果進行修改,研擬新版建築物耐震能力初步評估方法,同時 就定性與定量兩大基礎進行耐震初評,將評估結果之耐震能力安全程度以分數表示,讓 使用者能夠優先篩選出耐震能力較差之建築物,優先進行耐震能力詳細評估與補強。 本評估方法共有 15 個項目,定性評估部分根據結構系統、結構細部及結構現況分 成三個部分。其中與結構系統有關者計有 7 項,與結構細部有關者計有 3 項,與結構現 況有關者計有 3 項,共佔 13 項,定量評估 2 項。各項目依其重要性給予不同配分,配 分之總和為 100 分。各項目根據評估內容,決定其權重,並將權重與配分相乘,即可得 該項目之評分,15 個項目的評分相加得分數總計,最後經由專業建築師或技師根據現場 狀況給予額外增、減分。 分數若大於 60 分,則表示該建築物的耐震能力確有疑慮;若介於 45 分至 60 分之 間,則表示該建築物的耐震能力有疑慮;若介於 30 分至 45 分之間,則表示該建築物的 耐震能力稍有疑慮;若低於 30 分,則表示該建築物的耐震能力尚無疑慮。

(46)

28

第二節 基本資料表

此表項係紀錄評估案之基本資料,如表 3.1 所示,羅列如下: 建物名稱、建物編號、評估者、評估日期、建物地址、設計年度、建物高度、用途 係數、地盤種類、地上樓層數、地下樓層數、建築物分類等。 用途係數可參照建築物耐震設計規範與解說,依照建築物重要程度依序分為第一類 建築物,I 值為 1.5;第二類建築物,I 值為 1.25;第三類建築物,I 值為 1.0。

地盤種類除臺北盆地外,依照其地盤堅硬程度(以地表面下 30 公尺之土層剪力波速 30 S

V

決定之)依序分為,第一類地盤,

V

S30

270

(m/s)者;第二類地盤,

180

V

S30

270

(m/s) 者;第三類地盤,

V

S30

180

(m/s)者。除此之外,地盤亦可透過中央地調所開發的「geo2010」 查詢。 建築物分類部分,分為依照樓層、結構型式、使用用途進行分類。其中選擇建築物 依照樓層分類,可分為五樓以下或六樓以上;依照結構型式分類,可分為一般 RC 建物、 加強磚造(透天厝)、具弱層建物或其它,選擇「其它」者須由使用者自行填寫;依照使 用用途分類,可分為辦公室、公寓、集合住宅、商場、住商混合、或其它,選擇「其它」 者須由使用者自行填寫;本評估參考資料,可選擇設計圖說、計算書、現場調查或推估。 此表紀錄之資訊可供後續表單-「建築物耐震能力初步評估表」與「參、定量評估表」 所使用。 表 3.1 建築物基本資料表

(47)

29

(48)

30

第三節 建築物耐震能力初步評估表

建築物耐震能力初步評估表主要分為定性及定量兩部分,如表 3.2 所示,其中定性 評估中可分為結構系統、結構細部、結構現況三大類,共 13 個項次。定量評估針對 475 年回歸期地震及 2500 年回歸期地震各別對建築物 X、Y 兩方向耐震能力做檢核,共 2 個項次。 表 3.2 耐震能力初步評估表 【資料來源:本研究製作】

一、結構系統

〔項次 B101〕靜不定程度 靜不定度數越低的建築物於地震來臨時,越容易發生扭轉之情形,故結構物跨度越 少,對建築物耐震能力越不利。此處分為單跨、雙跨、三跨、四跨以上供使用者選擇。 〔項次 B102〕地下室面積比,ra 建築物的地下室面積如果較大,地震時承受之土壤壓力較小,結構體也比較不會發 生差異沉陷之破壞。地下室面積需包含超挖面積,建築面積係地面以上建築物的投影面

(49)

31 積,如圖 3.1 所示,ra 之計算方式為 A2/A1。 圖 3.1 地下室面積比 【資料來源:本研究製作】 〔項次 B103〕平面對稱性 結構物抵抗地震力之構材如左右、前後對稱,則勁度中心與質量中心通常不致有太 大的偏心。如有些構材配置不對稱,勁度中心與質量中心可能有很大的偏心量,地震時 易產生較大的扭矩反應,增加構材的內力與損壞的可能性。 評估時可依據規範平面不規則的種類與定義判斷,給予適當的權重。 〔項次 B104〕立面對稱性 結構物抵抗地震力的構材如果在立面上連續,勁度沒有太大的變化,則其地震時的 動態反應較易掌握。結構物若有顯著的退縮,或例如剪力牆到一半高度中止,均易造成 結構立面上勁度過大的變化,地震時將產生不易掌握動態反應,影響結構物的耐震安 全。 評估時可參照規範對立面不規則性的種類與定義,給予適當的權重。 〔項次 B105〕梁之跨深比 b 梁之跨深比為梁之淨跨度與有效梁深的比值,其值越大,發生彎矩降伏的機會越大, 結構體韌性越佳。比值 b 越小,發生剪力破壞的可能性增加,結構物因此較不具韌性, 耐震能力較差。根據鋼筋混凝土耐震設計之特別規定,具韌性梁之淨跨度不得小於四倍 地面 超挖部分亦需計入地下室面積A2 建築面積A1

(50)

32 有效梁深。 此項挑選建築物最典型的梁進行評估,不需特別選擇短梁作為評估對象。依評估內 容提供的權重公式來計算,當 b 值大於等於 8.0 時,其權重為 0,當 b 值小於或等於 3.0 時,其權重為 1.0,其間則以內插計算。 〔項次 B106〕柱之高深比 c 柱之高深比為柱之淨高與沿地震剪力方向之柱深的比值,此值越大,發生彎矩降伏 的機會越大,結構體越具韌性。比值 c 越小,發生剪力破壞的可能性增加,結構因此較 不具韌性,耐震能力也較差。 此項挑選建築物最典型的柱進行評估,不需特別選擇短柱作為評估對象。依評估內 容提供的權重公式來計算,當 c 值大於等於 6.0 時,其權重為 0,當 c 值小於或等於 2.0 時,其權重為 1.0。 〔項次 B107〕軟弱層顯著性 建築物的一樓常因開放空間或作為商業用途使用,二樓以上的非結構 RC 牆或磚牆 沒有下到一樓,致使一樓之極限層剪力強度較低。地震來襲時,一樓會先產生塑鉸,其 韌性用盡後,建築物就會發生弱層破壞,其對應的耐震能力通常很低。 弱層也不一定發生在一樓,因此若有某層之極限層剪力強度明顯低於其相鄰樓層之 極限層剪力強度,就要估計其剪力強度差異嚴重性來進行評估。評估時非結構 RC 牆與 磚牆之分佈亦需加以考慮。

二、結構細部

〔項次 B208〕塑鉸區箍筋細部(由設計年度評估) 結構物是靠強度與韌性來抵抗地震,韌性對耐震能力尤為重要。因此混凝土工程設 計規範與解說之耐震設計特別規定嚴格規定塑鉸區之圍束箍筋配置,希望增加塑鉸區之 曲率韌性、極限塑鉸轉角來達到增加結構物韌性容量的目的。 梁端、柱端、剪力牆的邊界構材以及梁柱接頭等處,都是規範注意的重點,要根據 箍筋用量、鋼筋細部等方面來評估其達到規範要求的程度。然因初評時箍筋細部不易知

(51)

33 曉,而規範之規定係隨時間漸趨完備,故以設計年度來評估此項目。 〔項次 B209〕窗台、氣窗造成短柱嚴重性 窗台若緊貼柱邊,會造成短柱。除了吸收較大的地震力外,其破壞模式也可能由彎 矩破壞轉變為韌性較差的剪力破壞,使得耐震能力降低。 牆體兩側有柱,若上邊開氣窗會產生短柱,容易產生剪力破壞,也會降低耐震安全。 評估時依據此類短柱之量的多寡與其高深比來進行評估,並給予適當的權重。 〔項次 B210〕牆體造成短梁嚴重性 有時為了留走道,致使隔間非結構牆並未填滿構架的兩柱之間,而留有短梁的現象。 短梁在地震時會引致較高的剪力,但彎矩不大,因此會發生較不具韌性的剪力破壞,降 低了建築物的耐震能力。 評估時依據此類短梁之量的多寡與其跨深比來進行評估,並給予適當的權重。

三、結構現況

〔項次 B311〕柱之損害程度 鋼筋混凝土柱因外在損壞會影響構材所能承受的強度,譬如混凝土保護層剝落、混 凝土粉刷層脫落,雖主筋未挫屈,箍筋未脫開或斷裂,但將影響結構安全。 評估時依據現況柱之破壞程度來決定權重,如表 3.3 及圖 3.2 所示。

(52)

34 表 3.3 柱之損害程度 柱之損害度分類 損害程度 損害內容 無受損(無) 無任何裂縫損傷 輕度破壞(低) 用肉眼即可看到其裂縫(裂縫寬度<0.2mm 以上)。 中度破壞(中) 雖有較大裂縫,但混凝土僅保護層脫落(裂縫寬度 0.2mm 以上)。 嚴重破壞(高) 保護層脫落範圍度大,部分箍筋脫開或斷裂,主筋可 能挫屈。 【資料來源:災害後危險建築物緊急評估明細表,2010】 圖 3.2 柱之損害程度 【資料來源:災害後危險建築物緊急評估明細表,2010、本研究製作】 〔項次 B312〕牆之損害程度 鋼筋混凝土牆因外在損壞會引起構材所能承受的強度,譬如混凝土保護層剝落、混 凝土粉刷層脫落,雖主筋未挫屈,箍筋未脫開或斷裂,但將影響結構安全。 評估時依據現況之牆破壞程度來決定權重,如表 3.4 及圖 3.3 所示。

(53)

35 表 3.4 牆之損害程度 牆之損害度分類 損害程度 損害內容 無受損(無) 無任何裂縫損傷 輕度破壞(低) 用肉眼即可看到其裂縫(裂縫寬度<0.3mm 以上)。 中度破壞(中) 水平向裂縫多且延伸至柱,有斜向裂縫,但未見牆內 主筋(裂縫寬度 0.3mm 以上)。 嚴重破壞(高) 有大量之斜向裂縫,可見牆內主筋但未拉斷,邊柱之 保護層脫落。 【資料來源:災害後危險建築物緊急評估明細表,2010】 圖 3.3 牆之損害程度 【資料來源:災害後危險建築物緊急評估明細表,2010、本研究製作】 〔項次 B313〕裂縫鏽蝕滲水等程度 鋼筋混凝土構材如因劣化或強度不足,就會產生許多裂縫。裂縫產生後,水氣易滲 入,表面的鋼筋較易產生銹蝕,連帶也會降低構材的強度,並產生較大的變形。評估時 以此類現象的嚴重性來決定權重。

四、定量評估

〔項次 B414〕475 年耐震能力初步評估 一般建築物之耐震能力可以一樓柱與牆之強度與韌性能否抵抗地震時產生之水平 力與變形判別。因此,根據一樓之極限層剪力強度可概略估計該建築物之降伏地表加速

(54)

36 度。其次再以估計出之容許韌性容量,就可初步評估現有建築物之耐震能力

A

c1。將建 築物耐震能力

A

c1與建築物耐震設計規範及解說訂定之 50 年使用期限內 10% 超越機率, 即地震回歸期為 475 年之耐震需求

A

475比較,就可知道耐震能力不足或具餘裕之程度。 當0.25 1 475 1   A Ac 時,定量權重以 (1 ) 3 4 475 1 A A w  c 計算;當 1.0 475 1  A Ac 時,表示符合現行耐 震設計規範,給予權重 0;當 0.25 475 1  A Ac 時,表示建築物之耐震能力未達現行耐震設計 規範的 4 1 ,給予權重 1。 1 1 475 475 1 475 1 475 4 (1 ) ; 0.25 1 3 1.0 ; 0.25 0 ; 1 c c c c A A IA IA A w IA A IA               (3.1) 〔項次 B415〕2500 年耐震能力初步評估 一般建築物之耐震能力可以一樓柱與牆之強度與韌性能否抵抗地震時產生之水平 力與變形判別。因此,根據一樓之極限層剪力強度可概略估計該建築物之降伏地表加速 度。其次再以估計出之韌性容量,就可初步評估現有建築物之耐震能力

A

c2。將建築物 耐震能力

A

c2與建築物耐震設計規範及解說訂定之 50 年使用期限內 2% 超越機率,即地 震回歸期為 2500 年之耐震需求

A

2500比較,就可知道耐震能力不足或具餘裕之程度。當 1 0.25 2500 2   A Ac 時,定量權重以 (1 ) 3 4 2500 2 A A w  c 計算;當 1.0 2500 2  A Ac 時,表示符合現行耐 震設計規範,給予權重 0;當 0.25 2500 2  A Ac 時,表示建築物之耐震能力未達現行耐震設計 規範的 4 1 ,給予權重 1。

(55)

37 2 2 2500 2500 2 2500 2 2500 4 (1 ) ; 0.25 1 3 1.0 ; 0.25 0 ; 1 c c c c A A IA IA A w IA A IA               (3.2)

(56)

38

第四節 建築物耐震能力評估

現行耐震能力初步評估純粹以定性評估為準,成果良劣取決於評估者自由心證,有、 無經驗的評估者可能會導致評估結果差異過大,變異性過高。此法利用定量評估方式, 希冀達到不同評估者所得到評估結果皆相同,使耐震能力初步評估法更具客觀性。 一般建築物之耐震能力可以一樓柱與牆之強度與韌性能否抵抗地震力時產生之水 平力與變形判別。因此,根據一樓之極限層剪力強度可概略估計該建築物之降伏地表加 速度。其次再以估計出之韌性容量,就可初步評估現有建築物之耐震能力 Ac1及 Ac2。 將建築物耐震能力 Ac1與建築物耐震設計規範與解說訂定之 50 年使用期限內 10% 超越 機率,即地震回歸期為 475 年之耐震需求 A475比較;Ac2與建築物耐震設計規範與解說 訂定之 50 年使用期限內 2% 超越機率,即地震回歸期為 2500 年之耐震需求 A2500比較 就可知道耐震能力不足或具餘裕之程度。

一、柱之極限剪力強度

RC 柱之極限剪力強度主要依照鋼筋混凝土學計算而得。一樓柱之極限剪力強度計 算係以柱頂與柱底極限彎矩和除以柱淨高而得,假設柱頂彎矩MCT c, 與柱底彎矩

M

CB相同 (忽略柱本身自重),因此彎矩可由該柱之軸力推求。本研究假設建築物二樓以上總重量 為一樓之柱與 RC 牆均勻承受,因此柱軸力可由下式求得: , , 1 2 D L ni col i col i RC W W P A A A    

(3.3) 其中,W為二樓以上總重量,Acol i, 為一樓單柱之斷面積,

A

RC為一樓 RC 牆之斷面積。 為使評估速度較快速與簡易,本研究假設矩形柱配筋位置與尺寸表示如圖 3.4 所示。 如實際配置為 10 根鋼筋,使用者可直接換算成其鋼筋比,以此方式輸入本研究開發之 耐震能力初步評估表中,程式將自動等值成 8 根,而圓形柱將自動等值成 6 根,使用者 無需自行逐一輸入鋼筋,希冀達到方便與快速計算之功能。本研究根據柱軸力計算彎矩 強度,矩形柱之計算步驟如下:

(57)

39 首先假設中性軸 x 值,並利用鋼筋混凝土學公式如下: ' 1 0.85 c c c Cf

xB (3.4) ' ' ' ' ' ' ' 6120 ( ( ) 0.85 ), ( 0.85 ), s c s y s s y c s y A x d f x C A f f           (3.5) 1 1 1 1 1 H 6120 ( ), 2 , c s s y s s y s y A x T x A f           (3.6) 2 2 2 2 2 6120 ( ), , s s y s s y s y A d x T x A f           (3.7) 圓形柱之彎矩強度計算步驟如下: 2 ' 0.85 ( sin cos ) 4 c c c D Cf    (3.8) ' ' ' ' ' ' ' 6120 ( ( ) 0.85 ), ( 0.85 ), s c s y s s y c s y A x d f x C A f f           (3.9) 1 1 1 1 1 6120 ( ), 2 , c s s y s s y s y D A x T x A f           (3.10) 2 2 2 2 2 6120 ( ), , s s y s s y s y A d x T x A f           (3.11) 矩形柱將(3.4)到(3.7)式,而圓形柱將(3.8)到(3.11)式與柱軸力

P

ni進行力平衡,如下: , , ,1 ,2 PniCc bCs bTsTs (3.12) 若不成立,則重新假設 x 值,並重新計算(3.4)到(3.7)式或(3.8)到(3.11)式直到(3.12) 式成立。即可獲得中性軸 x 、混凝土壓應力

C

c、受壓鋼筋之力量

C

s、中間層鋼筋之拉 應力

T

s1、底層鋼筋之拉應力

T

s2。 其中,

C

c為柱混凝土壓力,

B

c為矩形柱之寬度,

H

c為矩形柱之深度,

D

c 為圓形 柱之直徑,

C

s為柱受壓鋼筋之力量,2

為圓形柱混凝土壓力塊所圍成扇形之角度, ' s A

(58)

40 柱壓力鋼筋總面積(本研究矩形柱假設 3 根主筋,圓形柱假設 2 根主筋), ' s

為柱壓力鋼 筋之應變;

T

s1為柱中間層鋼筋之受拉力,

A

s1為柱中間層之受拉鋼筋總面積(本研究矩形 柱假設 2 根主筋,,圓形柱假設 2 根主筋),

s1為柱中間層受拉鋼筋之應變;

T

s2為柱底 層鋼筋之受拉力,

A

s2為柱底層之受拉鋼筋總面積(本研究矩形柱假設 3 根主筋,,圓形 柱假設 2 根主筋),

s2為柱底層受拉鋼筋之應變。 對拉力鋼筋

A

s2位置取彎矩平衡,即以下式計算矩形柱強梁弱柱之柱頂彎矩MCT c, 與 柱底彎矩

M

CB。 ' 1 1 '' , ( ) ( )-T ( ) 2 2 = c c s s CT c CB ni ni H x C d C d d d M M P d P                    (3.13) 以下式計算圓形柱強梁弱柱之柱頂彎矩MCT c, 與柱底彎矩

M

CB。 3 ' 1 '' , sin ( ( ( ))) ( )-T ( ) 2 3 sin cos 2 = c c c c s s CT c CB ni ni D D D C d C d d d M M P d P                                  (3.14) 其中,d''為塑性中心與拉力筋之距離,由於本研究配筋假設對稱,因此塑性中心即 為斷面正中間。 由MCT b,MCT c, 兩者取小值,即可得知柱頂彎矩屬何種破壞控制,因此柱頂彎矩可 由下式決定: , , min[ , ] CT CT b CT c MM M (3.15) 計算柱頂與柱底彎矩後,可由下式計算柱底撓曲破壞之極限剪力強度Vm coli, 。 , 1 CT CB m coli M M V h   (3.16)

(59)

41 然而,上式所計算之剪力強度係為撓曲行為控制。矩形柱之剪力強度破壞所產生之 剪力強度

V

sui可由下式計算: ' 0.53 / sui c c v yv Vf B dA f d S (3.17) 圓形柱之剪力強度破壞所產生之剪力強度

V

sui可由下式計算: ' 0.53 / sui c c v yv Vf B dA f d S (3.18) 其中,

A

v為沿柱橫向箍、繫筋之總斷面積,fyv為箍筋剪力強度,S為箍筋間距。 最後取兩者最小之剪力強度,即為柱極限剪力強度

V

coli,如下: , min( , )

coli m coli sui

VV V

(3.19) 其中為極限剪力強度修正係數,其值定義如下(參考圖 3.5): , , , , 0.9, ( / ) 1 0.1 0.8( / ), 0.5 ( / ) 1.0 0.5, ( / ) 0.5 m coli sui

m coli sui m coli sui

m coli sui V V V V V V V V           (3.20) 圖 3.4 柱假設配筋位置 【資料來源:本研究製作】 Bc Hc Hc/2 d’ 0.003 x

(60)

42 圖 3.5 柱極限剪力修正係數 【資料來源:本研究製作】

二、牆之極限剪力強度

RC 牆之極限剪力強度

V

swi參考混凝土結構設計規範與解說之計算如下: ' (0.53 ) swi c t y b b Vf  f T W (3.21) 其中,

t為橫向鋼筋比,

T

b為牆厚,

W

b為牆長度。 磚牆之水平剪力強度,參考鋼筋混凝土耐震能力評估手冊之水平剪力強度,其中四 面圍束磚牆

V

bw i4 可依下列公式計算: 當tan 

Hb/Wb

: 4 ( 0.45 ) bw i b b f b mbt V  T W  

Hf (3.22) 當tan 

Hb/Wb

: ' 4 [ 1 ( 1) (0.45 0.45 ) / 2] bw i b b f mbt b mbt bt V  T W   H  fHHff (3.23) 上式中,

H

1

W

b

tan

, ' min( , ) b b b HH W , 0.338 1.0797( ) mbt mc ff

f

bt

0.22

f

bc, 0.885 0.0337( ) (0.654 0.0005047 ) f fmc fmc N      。 其中,

W

b為內砌磚牆單元之淨寬度,

H

b為內砌磚牆單元之淨高度,

T

b為磚牆厚度, coli m sui

V

V

, 1 柱剪力破壞控制 柱撓曲破壞控制 0.5 折減係數(ϕ)=0.5 折減係數(ϕ)=0.9

Figure

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