考慮區域近斷層效應及均佈危害度之設計地震力需求
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(2) 內政部建築研究所專題研究計劃成果報告 研究案編號：MOIS 891016-2 計畫名稱：考慮區域近斷層效應及均佈危害度之設計地震力 需求 執行期間：八十八年十月二十六日至八十九年十月二十五日. 考慮區域近斷層效應及均佈危害度 之設計地震力需求. 計畫主持人：羅俊雄 共同主持人：溫國樑 研 究 人 員 ：簡文郁、柴駿甫、鄧崇任、饒瑞鈞. 主辦單位：內政部建築研究所 執行單位：中華民國地震工程學會. 中華民國八十九年十月.
(3) 統 一 編 號 0022444890397.
(4) 摘 要. 台灣地區存在有許多區域斷層，某些區域斷層在有歷史記載的年代 中，曾引發過大規模之強烈地震。有鑑於美國、日本等地震工程先進國家， 記取近斷層地震之經驗與教訓，已修訂其耐震設計規範並將近斷層效應納 入考量，本計畫亦於 1999 年集集地震後，著手進行台灣耐震設計規範中 有關近斷層設計地震力之研擬。 傳統之設計地震水準是以 PGA 值之大小來區分其水準，但為能考量 實際結構反應，最新的規範趨勢乃藉由均佈危害度分析，直接利用譜加速 度的衰減公式，獲致特定回歸期之設計反應譜。本計畫將依據鄉、鎮、市 等行政區域為震區劃分單位，對每一個震區分別給定 0.3 秒週期之反應譜 值水準當作短週期結構物地震水準之標準，以及 1.0 秒週期之反應譜值水 準當作中、長週期結構物地震水準之標準。 針對近斷層區域而言，工址所屬震區之之震區短週期與一秒週期水平 譜加速度係數深受該斷層之特性以及工址與斷層距離之影響，若僅以鄉、 鎮、市等行政區域形心位置之均布危害度分析結果代表該行政區域所有工 址的震區水平譜加速度係數，將低估部分工址之震區水平譜加速度係數， 致使設計地震力不足以抵抗該斷層引發之近斷層地震。因此，必須藉助於 滿足特定斷層特性之譜加速度近斷層衰減公式定義近斷層調整因子 N A 與 N V ，進而修正近斷層工址之震區水平譜加速度係數，使合理估計近斷層建 築物之設計地震力。 本報告在訂定設計地震力需求之同時，也考慮耐震分析之所需，一併 將如何產生出一個保持原有地震地表運動特性又與反應譜相容之方法，作 一介紹並舉實例說明此產生方法之過程與結果。並利用經驗格林函數模擬 特定地點、特定斷層所產生與設計反應譜相容之強地動歷時曲線。. 關鍵詞：均布危害度分析、震區譜加速度係數、近斷層調整因子、群波延 遲時間、反應譜相容之設計地表運動歷時、經驗格林函數. I.
(5) Seismic Considerations of Buildings at Near-Fault Seismic Hazard Environments ABSTRACT Based on the probabilistic seismic hazard analysis, the design intensities of PGA and spectral acceleration demand corresponding to each interesting return period can be estimated. In this report, each political region of town or city is recognized as a seismic zone, and the spectral acceleration demands at short periods and 1 second for each microzonation are determined by the uniform hazard analysis. On the basis of the near-fault attenuation laws of spectral acceleration and the uniform hazard analysis, the near-source factors can be defined and used to determine the design spectral response accelerations at short periods and at 1 second for the seismic zones near active faults in Taiwan. Therefore, by these two coefficients at short periods and at 1 second, the modified near-fault design response spectrum can be developed to increase the seismic capacity for buildings against the near-fault ground motions. In this report, the phase spectrum of ground motion is modeled by integrating the predicted group delay times. Based on the predicted phase spectrum, the design ground motion can be simulated by the iteration method of modifying the Fourier amplitude, such that the associated spectral acceleration will satisfy the design response spectrum as specified by the seismic design code. Furthermore, the empirical Green′s functions in time domain is adopted to develop elastic response spectrum for the specified magnitude of potential earthquake, and also provide the response-spectrum compatible time histories.. Key words ： uniform hazard analysis, spectral response acceleration, near-source factors, group delay time, design ground motion compatible with design response spectrum, empirical Green’s function. II.
(6) 目 錄 摘要 目錄. I II. 第一章、緒論. 1-1. 第二章、美國 IBC2000 有關設計地震力之相關規範 2.1 設計之功能需求與地震水準 2.2 訂定設計反應譜之一般程序 2.3 特定場址之設計反應譜 第二章圖表. 2-1 2-1 2-3 2-3. 第三章、設計地震力之均布危害度分析 3.1 設計之功能需求與地震水準 3.2 地震危害度分析 3.2.1 震度衰減律分析 3.2.2 震度衰減律分析之資料庫 3.2.3 PGA 衰減律分析比較 3.3 反應譜震度衰減律分析結果 3.4 PGA 及反應譜震度等震度分佈圖 3.5 耐震需求曲線比較 第三章圖表. 3-1 3-1 3-2 3-2 3-3 3-4 3-4 3-5 3-7. 第四章、均布危害設計地震力與考慮區域近斷層效應之調整 4.1 均布危害設計地震力 4.2 區域近斷層效應 4.3 近斷層區域之震區水平譜加速度係數 4.3.1 獅潭斷層 4.3.2 屯子腳斷層 4.3.3 梅山斷層 4.3.4 新化斷層 第四章圖表. 4-1 4-1 4-3 4-4 4-5 4-5 4-6 4-7. 第五章、設計反應譜相容之地表運動歷時 5.1 相位頻譜與設計地震歷時 5.2 群波延遲時間與相位頻譜模擬 5.3 特定場址群波延遲時間之條件模擬 5.4 實例分析 第五章圖表 III. 5-1 5-1 5-3 5-5 5-6.
(7) 第六章、時間域經驗格林函數分析 6.1 經驗格林函數 6.2 分析結果 第六章圖表. 6-1 6-2 6-3. 第七章、結論與建議 7.1 靜力分析部分 7.2 動力分析部分 第七章圖表. 7-1 7-4 7-5. 參考文獻. R-1. IV.
(8) 第一章 緒論. 台灣地區存在有許多區域斷層，某些區域斷層在有歷史記載的年代 中，曾引發過大規模之強烈地震，例如 1906 年之梅山地震(規模 7.1)，1935 年之新竹－台中地震(規模 7.1)，1941 年之中埔地震(規模 7.1)，1946 年之 新化地震(規模 6.1)，1964 年之白河地震(規模 6.3)及 1999 年之集集地震(規 模 7.3)等，這些災害性之近斷層地震均造成生命財產之嚴重損失。有鑑於 美國、日本等地震工程先進國家，在 1994 年北嶺地震及 1995 年神戶地震 後，記取近斷層地震之經驗與教訓，已修訂其耐震設計規範並將近斷層效 應納入考量，本計畫亦於 1999 年集集地震後，著手進行台灣耐震設計規 範中有關近斷層設計地震力之研擬。 傳統之設計地震力，是根據工址所在地區之建築物，在 50 年使用期 中有 10%超越機率之地震水準(相當於迴歸期為 475 年之地震水準)，作為 耐震需求來進行耐震設計。此地震水準是以 PGA 值來表現其大小，由於 每個工址 475 年地震水準之不同，於是有所謂震區等級之劃分，以示不同 震區其設計地震水準之強弱。早期之規範中，有關震區等級之劃分均很粗 略(例如劃分為強震區、中震區及弱震區)，此作法係基於保守起見，在某 一地區範圍內，將部份地區之設計地震水準一致抬高至該地區內之最高水 準，而使用同一標準。如此之作法雖然簡便，但卻致使某些被抬高水準之 地區，其地震危害之風險會有不一致的現象發生，其迴歸期已超過 475 年， 但因為不知道究竟被抬高多少，故其真正之迴歸期為未知數(例如某地區也 許被抬高至 600 年之地震水準)。 若要實施考慮區域近斷層效應，則上述粗略劃分震區之作法會發生困 難。假設某一活斷層發生某一規模之地震的復發機率為已知，則我們可反 推其 475 年發生一次近斷層地震之規模大小，代入該規模大小下之 PGA 衰減律公式，計算出 PGA 沿斷層距之衰減情形，並與斷層所在震區之地 震水準(迴歸期 475 年)相比較，以決定近斷層影響範圍，亦即 PGA 衰減律 公式計算所得大於震區水準之區域。因為兩者都是基於同樣 475 年迴歸期 之考量，因此，在近斷層影響範圍內之建築物，其地震危害主要是由此斷 層之活動潛勢在控制，應該選擇斷層實際發生地震之 PGA 衰減行為作為 設計地震之標準；出了這個範圍，則斷層之影響已經式微，地震危害反而 受其他潛在震源在控制，應以所在震區之地震水準作為設計地震之依據。 但現實之困難在於斷層附近地區之 475 年設計地震水準，已因震區劃分簡 單化之結果而失真，因此在無法知道其真正迴歸期之情況下，是無法與 475 年近斷層地震規模下之 PGA 相比，以決定近斷層之實際影響範圍。另一 個困難在於要估計一條活斷層發生某一規模地震之復發機率是相當困難 的事，除非統計資料夠充份，所以實際上也無法知道其 475 年發生一次之 近斷層地震之規模大小。基於以上兩種困難，若以震區簡單劃分之形式而 要實施考慮近斷層效應，其結果一定是設計地震水準大幅增加而不經濟， 1-1.
(9) 且其風險不一致無法反映真正的地震危害。 要解決上述之第一個困難，首先還是要回到基本設計需求(即回到原始 475 年迴歸期地震水準)的基礎上，儘量將震區微區化，微區劃分之結果使 得在小震區內的某地區，即使地震水準被抬高也不致偏離真正 475 年迴歸 期之地震水準太遠。事實上，要實施震區微小劃分並不困難，只要列表並 給定設計地震水準即可，本報告建議採用鄉、鎮、市等小行政區域來劃分 震區，一則其總數為有限，二則較能精細的將近斷層影響範圍隔離出來， 以另行考慮區域近斷層效應。 至於要解決上述第二個困難，則可參照美國 IBC 2000 規範(於第二章 中介紹)之精神，來訂定近斷層區域之設計地震水準，其規範之精神在於除 了設計地震水準外，另提出一個較罕遇的地震水準，稱之為最大考量地震 水準，其定義為建築物 50 年使用期中有 2%超越機率之地震水準(相當於迴 歸期約為 2500 年)。藉由此地震水準之提出，可以較合理的方式來考慮近 斷層效應。由於每個地區均各有其 475 年之設計地震水準及 2500 年之最 大考量地震水準，故其間之比例值會隨著地區之不同有所差異。針對某一 個近斷層區域，我們可以先求得在此區域周遭環境之設計地震水準及其相 對應之最大考量地震水準，其間會有一個比例值，以顯示如何將該地區之 最大考量地震水準轉換到設計地震水準。其次，再將此罕遇之最大考量地 震水準與斷層引發最大地震規模潛勢下之 PGA 衰減行為相比較，以決定 斷層影響範圍及修正幅度，以反映實際近斷層效應之需求。最後，將考量 近斷層效應修正後之最大考量地震水準按此地區之比例值換算成 475 年考 量近斷層效應之設計地震水準。藉由斷層最大規模潛勢地震與迴歸期 2500 年震區最大考量地震相比之比值，應用於 475 年震區設計地震水準之方 式，可求得考量區域近斷層效應之設計地震水準，而迴避原先第二個困難。 由前所述，傳統之設計地震水準是以 PGA 值之大小來區分其水準， 但由反應譜之理論可知，PGA 值只是反應譜中結構週期為零之反應譜值而 已，並不能代表其他非零結構週期之反應譜值。因此，設計地震水準並不 能單純以 PGA 值之大小來作標準。理論上，每個結構週期上之反應譜值 皆能用以區分在該週期上之地震水準高低。例如我們說甲地之 0.3 秒反應 譜值水準比乙地之 0.3 秒反應譜值水準較高，此表示甲地之地震危害較 大。但若以 0.3 秒反應譜值之大小當作標準來劃分震區一定與用 PGA 值之 大小當作標準所劃分出來之震區有所差異。換句話說，甲乙兩地之 PGA 地震水準一樣並不能保證其 0.3 秒反應譜值之水準會相同。一般對短週期 結構物而言，用 0.3 秒反應譜值之大小來區分地震水準，終究是比剛體之 反應譜值(PGA)當作標準要來得合理。 對中長週期而言，用 1.0 秒反應譜值之大小當作標準來區分地震水準 也是比用 0.3 秒或者 PGA 要來得合理。因此最新的規範趨勢為每一個震區 分別給定兩個不同結構週期的地震水準，一個是以 0.3 秒週期之反應譜值 水準當作短週期結構物地震水準之標準，另外一個是以 1.0 秒週期之反應 1-2.
(10) 譜值水準當作中、長週期結構物地震水準之標準。此兩個週期(0.3 秒與 1.0 秒)的迴歸期均同為 475 年，表示對此不同週期之結構物而言，其地震風險 為一致，相關之地震危害度分析即稱之為均佈危害度分析(uniform hazard analysis)。此比傳統一個震區只用一個 PGA 值大小來區分其地震危害之作 法要來得合理。因此本報告採用均佈危害度分析(詳細作法見第三章)所得 之結果再配合考慮近斷層效應(詳細作法見第四章)以訂定設計地震力之需 求。 在耐震設計規範中，在特殊情況下規範指定必須進行時間歷時分析。 傳統之作法為將與設計反應譜相容之地表運動時間歷時當作結構基底輸 入運動，以進行結構時間歷時分析。與設計反應譜相容之地表運動歷時係 利用隨機相位之方式產生，但此舉已喪失原有地震之地表運動特性。尤其 是當我們想要保持原有地震之地表運動特性，又想要與設計反應譜相容的 時候，隨機相位之方式已不敷需求，因此本報告在訂定設計地震力需求之 同時，也考慮耐震分析之所需，一併將如何產生出一個保持原有地震地表 運動特性又與反應譜相容之方法，作一介紹並舉實例說明此產生方法之過 程與結果(詳細作法見第五章)。另外，利用經驗格林函數亦可用於模擬特 定地點、特定斷層所產生與設計反應譜相容之強地動歷時曲線(詳細作法見 第六章)。 最後，在本報告第七章結論與建議之章節中，將本研究成果應用於耐 震設計規範，提出有關設計地震力要如何訂定之建議條文，以落實考慮區 域近斷層效應及均布危害度之設計地震力需求。. 1-3.
(11) 第二章. 美國 IBC2000 有關設計地震力之相關規範. 2.1 設計之功能需求與地震水準 為滿足美國新規範的基本安全目的(Basic Safety Objective, BSO)，必須 考量兩種不同功能需求水準的基本安全地震(Basic Safety Earthquake, BSE)，並命名為設計地震與最大考量地震(Maximum Considered Earthquake, MCE)。滿足基本安全目的之設計理念則是為當地震達最大考量地震水準 時，確保建築物不致倒塌；而當地震達設計地震水準時，確保建築物內之 生命安全。 最大考量地震為對該場址建物造成極端危害的地震水準。在美國大部 分的區域，最大考量地震相當於建築物於 50 年使用期中有 2% 超越機率 之地震水準(回歸期 2500 年)。針對明確之活斷層附近，以 50 年 2% 超越 機率預估的地表運動，遠大於實際藉由地震儀量測所得地震規模大於 7.0 的近斷層地表運動，此乃因此類活斷層每數百年即會釋放能量引致地震， 其回歸期遠小於 2500 年。因此，針對此類地震規模潛勢超過 6.0 的活斷層 鄰近區域，除了利用機率方法預估 50 年 2%超越機率之地震水準外，可利 用類似事件的經驗，或是藉由該斷層特性計算分析最大地表運動，並取其 平均值之 1.5 倍與 50 年 2%超越機率預估結果相比，以決定最大考量地震。 取平均值之 1.5 倍，隱含一個均方誤差以及均值至垂直斷層方向之方位效 應。 設計地震則相當於 50 年使用期中有 10% 超越機率之地震(回歸期 475 年)。但針對新建物時，設計地震引致的結構反應不必大於最大考量地震水 準的 2/3。 美國新規範利用反應譜制定建築物的地震需求，並依據一般程序或是 特定場址程序訂定設計反應譜。. 2.2 訂定設計反應譜之一般程序 在一般程序中，可直接利用岩石地盤(Site B)之短週期(0.2 秒)與長週期 (1.0 秒)結構在最大考量地震作用下的 5%阻尼譜加速度分布圖(與規範共同 頒布)，內插得最大考量地震作用下，該工址岩石地盤的震區短週期最大水 平譜加速度係數 S SM ，與震區一秒週期最大水平譜加速度係數 S1M 。針對設 計地震，則可依據下列兩種方式：(1) 利用與規範共同頒布之 50 年 10%超 越機率地震作用下，岩石地盤的短週期(0.2 秒)與長週期(1.0 秒) 5%阻尼譜 加速度分布圖，內插求得短週期與一秒週期譜加速度，或(2) 最大考量地 震作用下之 S SM 及 S1M 的 2/3 倍；而於兩者間取其較小者，定義為設計地震 作用下，該工址岩石地盤的震區短週期設計水平譜加速度係數 S SD ，與震區 2-1.
(12) 一秒週期設計水平譜加速度係數 S1D 。 接著，利用深度 30 公尺內之土壤特性(含波速與標準貫入試驗之 N 值) 進行地盤分類，並依據地盤種類與最大考量地震作用下之震區短週期與一 秒週期最大水平譜加速度係數 S SM 與 S1M 之值，或設計地震作用下之震區短 週期與一秒週期設計水平譜加速度係數 S SD 與 S1D 之值，分別由表 2-1 與 2-2 內插得等加速度段與等速度段之工址放大係數 Fa 與 Fv。考慮場址非線性 土壤放大效應，該場址在最大考量地震或設計地震作用下之工址短週期與 一秒週期水平譜加速度係數(5%阻尼)可表示為 S XS = Fa S SX. (2-1). S X 1 = Fv S1X. 其中上(下)標 X 可為 M 或 D，分別代表最大考量地震與設計地震。 接著根據建築物(含隔震或消能系統)之有效阻尼β，由表 2-3 內插短週 期與長週期的阻尼係數 BS 與 B1，使最大考量地震與設計地震之工址短週 期與一秒週期水平譜加速度係數，分別依建物有效阻尼β 修正為 SXS/BS 與 SX1/B1，其中下標 X 可為 M 或 D，分別代表最大考量地震與設計地震。值 得一提的是，在沒有特別說明的情況下，結構阻尼均設定為 5%，而阻尼 係數 BS=B1=1.0。 最後，結構反應譜加速度可依建物週期(T)定義為 S XS 3T 0.4 + ; T ≤ 0.2T0 BS T0 S = XS ; 0.2T0 ≤ T ≤ T0 BS S = X1 ; T ≥ T0 B1T. S aX = S aX S aX. (2-2). 其中，短週期與長週期的分界 T0 滿足 T0 =. S X 1 BS S XS B1. (2-3). 而下標中之 X 可為 M 或 D，分別代表最大地震與設計地震。5%阻尼之設 計反應譜形狀(BS=B1=1.0 以及 X=D)如圖 2-1 所示。 IBC2000 同時規定，在下列任何一種情況，必須採用特定場址程序訂 定反應譜： 1. 建築物坐落於活斷層 10 公里範圍之內。 2. 設計時將進行建物歷時反應分析。 3. 建築物坐落於 E 類地盤，且該場址之 BSE-2 短週期譜加速度(SS)超 過 1.25g。 4. 建築物坐落於 F 類地盤。 2-2.
(13) 2.3 特定場址之設計反應譜 除了遵循一般程序，利用頒布之 50 年 2%與 10%超越機率地震之岩盤 譜加速度分布圖，訂定最大考量地震與設計地震之反應譜外，亦可針對特 殊.場址(如活斷層附近或盆地)，直接考慮震源效應與特殊場址效應，以機 率方法結合分析方法計算該特定場址之設計反應譜。 其中機率方法乃基於該特定場址 50 年 2% 超越機率的最大可能地 震，直接考量其震區與場址效應，計算各結構週期 5%阻尼之譜加速度。 接著，利用各週期的譜加速度，計算工址短週期與一秒週期之最大水平譜 加速度係數(SMS 與 SM1)，其中 SMS 為 0.2 秒之譜加速度，但不得低於最大譜 加速度極值的 90 %；而 SM1 則是利用長週期區段譜加速度公式 SaM=SM1/T 平均求得，但不得低於 1.0 秒之譜加速度的 90 %。最後，再依照(2-2)與(2-3) 兩式，在 BS=B1=1.0 以及 X=M 的狀況下，求得該特定場址之最大地震結構 反應譜 SaM。 而分析方法則是考量斷層特性與其最大規模潛勢，以理論或數值分析 的方式，計算得各結構週期 5%阻尼之平均譜加速度，再取其 1.5 倍，定義 為最大地震譜加速度。接著，利用與機率方法相同的步驟，求得短週期與 一秒週期之譜加速度 SMS 與 SM1，進而求得最大地震結構反應譜 SaM。但根 據分析方法獲得的最大地震結構反應譜，有其下限限制，即在短週期區段 之反應譜 SaM 不得低於 1.5Fa ，而在長週期區段之反應譜 SaM 不得低於 0.6Fv/T；其中 Fa 與 Fv 為一般程序中所定義的場址係數，其值可依地盤種 類與 SS=1.5g 與 S1=0.6g 的狀態由表 2-1 與 2-2 中查得。 最後，比較機率方法與分析方法的結果，取其較小者做為該場址之最 大地震結構反應譜 SaM。該特定場址之設計反應譜則直接定義為 S aD =. 2 S aM 3. (2-4). 但不得低於以一般程序分析結果之 80%。 表 2-1： 短週期結構之場址係數 Fa 地盤分類 A B C D E F a. 岩石地盤短週期結構在最大考量地震或設計地震作用下 之 5%阻尼譜加速度 S SX ≤0.25 S SX =0.5 S SX =0.75 S SX =1.0 S SX ≥1.25 0.8 1.0 1.2 1.6 2.5 a. 0.8 1.0 1.2 1.4 1.7 a. 0.8 1.0 1.1 1.2 1.2 a. 使用特定場址程序 2-3. 0.8 1.0 1.0 1.1 0.9 a. 0.8 1.0 1.0 1.0 a a.
(14) 表 2-2：1 秒週期結構之場址係數 Fv. 地盤分類 A B C D E F a. 岩石地盤 1 秒週期結構在最大考量地震或設計地震作用下 之 5%阻尼譜加速度 X X S1 ≤0.1 S1 =0.2 S1X =0.3 S1X =0.4 S1X ≥0.5 0.8 1.0 1.7 2.4 3.5 a. 0.8 1.0 1.6 2.0 3.2 a. 0.8 1.0 1.5 1.8 2.8 a. 0.8 1.0 1.4 1.6 2.4 a. 使用特定場址程序. 表 2-3：短週期與長週期結構之阻尼係數 BS 與 B1 有效阻尼β (%) <2 5 10 20 30 40 >50. BS 0.8 1.0 1.3 1.8 2.3 2.7 3.0. B1 0.8 1.0 1.2 1.5 1.7 1.9 2.0. 設計譜加速度係數 SaD. SDS SaD=SD1/T SD 0.4SDS. 0.2T0. T0. 1.0 結構週期 T. 圖 2-1 設計地震反應譜(BS=B1=1.0 以及 X=D). 2-4. 0.8 1.0 1.3 1.5 a a.
(15) 第三章. 設計地震力之均布危害度分析. 3.1 設計之功能需求與地震水準 為滿足基本安全目的，考量兩種不同功能需求水準的基本安全地震， 並命名為設計地震與最大考量地震。滿足基本安全目的之設計理念為當地 震達最大考量地震水準時，確保建築物不致倒塌；而當地震達設計地震水 準時，確保建築物內之生命安全。 設計地震相當於 50 年使用期中有 10% 超越機率之地震水準(回歸期 475 年)；而最大考量地震為對某工址設計建物造成極端危害的地震水準， 相當於 50 年 2% 超越機率之地震水準(回歸期 2500 年)。 地震危害度分析，是耐震設計震度值分區與地震危險度評估工作之基 礎。結構物耐震設計之主要參數除最大地表加速度 PGA 外，另一個重要 設計參數為設計反應譜。耐震設計震度以岩石地盤之短週期(0.3 秒)與長週 期(1.0 秒)結構，在最大考量地震及設計地震作用下的 5%阻尼譜加速度分 布圖表示，分別稱為震區短週期與一秒週期最大水平譜加速度係數 S SM 與 S1M ，以及震區短週期與一秒週期設計水平譜加速度係數 S SD 與 S1D 。此可透 過地震危害度分析求得。. 3.2 地震危害度分析 地震危害度分析(SHA)乃在建立工址某一地震參數 (PGA, PGV, PGD, Sa, Sv, Sd .....等) 的年超越機率曲線，亦即危害度曲線(hazard curve)。選定 某一特定之年超越機率(例如 0.21%)將各個不同位置工址在危害度曲線所 對應之地震參數(例如 PGA)求出，即可據此決定耐震設計參數值。SHA 是 一個複雜的機率分析過程，分析多沿用工程上最常用的平穩態 Poisson 模 式配合斷層斷裂模式進行 SHA。 在地震危害度分析中所需考慮之參數很多，其中以地震資料庫及震度 衰減律對分析結果(危害度曲線)之影響最大。我國交通部中央氣象局自民 國 80 年開始陸續在台灣地區裝設高密度強地動觀測網。自此後，台灣地 區強地動資料庫不論在質與量上均有大幅提昇。台大及國家地震中心均曾 以此高品質強地動資料庫對震度衰減律重新迴歸分析，所得到之結果與以 往核電廠及高速鐵路系統耐震設計準則研擬時（民國八十年以前）之地震 危害度分析所採用衰減律有相當大差異。羅等以中央氣象局 1993 1996 年間收錄到之地震資料中篩選出 7 筆資料重新建立 PGA 震度衰減律其結 果與美、日兩國兩個近年所發生之強烈地震資料之比較 (Loh、1998) 如圖 3.1 所示，可見其合理性。. 3-1.
(16) 3.2.1 震度衰減律分析 當地震發生時，能量由斷裂帶（面）以波的形式傳播至工址，由於傳 播路徑材料及幾何上的關係，震度（以 PGA 為例）必定發生衰減現象， 在工程上震度 Y 之衰減律可表為。. Y = f (M, R). (3.1). 其中 M, R 分別為地震規模及震源距離。工程上有多種常用的衰減律 形式。採用 Campbell 所提出的衰減公式。由於震源採用斷層斷裂模式，假 設地震能量沿斷層開裂長度內平均釋放，因此衰減式中的距離 R 須採用斷 層(面)最近距離。採用 1993 至 1996 年間台灣地區七個強震紀錄資料，共 523 筆水平方向平均 PGA 資料，強震發生時間及規模如表 3.1 所示。 以前述資料進行斷層面解(fault plane solution)而得到的斷層(面)最近 距離 R，進行迴歸分析而得到 Campbell 衰減律如下 y = PGA(g) = f (M,R) = a1 e a2 M [R + a 4 exp (a5 M)] − a3 = 0.02968 exp [ 1.20 M] ⋅ [R + 0.1464 exp ( 0.6981M)] -1.7348. (3.2) (3.3). 其中 M,R 分別為地震規模及斷層最近距離。式(3.3)之結果乃是根據最 新資料且採用與 SHA 一致的斷層最近距離模式，因此應可用於台灣地區 地震危害度分析使用。其迴歸分析之對數誤差 ln E 之標準偏差值σln E = 0.5340 在合理範圍內。因臺灣地區多數強震網測站之地盤特性並不很清 楚，因此式(3.3)迴歸分析所採用資料並非如一般 SHA 分析般只取堅硬地盤 資料，而是含蓋了所有地盤特性的資料。 將式(3.3)之衰減律以規模 7.0 及 6.7 代入繪出分別與美國北嶺地震 (M=7.0)及日本阪神地震(M=6.7)之衰減律做一比較，可見其合理性(圖 3.1)。式(3.3)之結果與集集地震之 PGA 資料之比較如圖 3.2 所示，由圖 3.2 之結果亦可看出式(3.3)與集集地震實測資料之吻合度，圖 3.2 同時將外國 研究所得之衰減律一併繪出做比較。 3.2.2 震度衰減律分析之資料庫 我國交通部中央氣象局 CWB 自民國 80 年開始陸續在台灣地區裝設高 密度強地動觀測網，台灣地區強地動資料庫不論在質與量上均有大幅提 昇。尤其，921 集集地震收集大量而完整之地震資料更有助於對地震相關 之工程特性有比較完整之認識，以往受限於地震資料庫不足之問題已獲得 改善。因此應用這些完整地震資料，不論是地震危害度分析或耐震設計反 應譜研究均可以有較以往之分析更為可靠之方法與結果。 為能將集集地震此一完整資料庫列入考量，本研究由中央氣象局強震 3-2.
(17) 資料庫從 1990 至 1999 重新篩選出 15 個地震記錄作為震度衰減律迴歸分 析資料庫，地震發生日期、規模、震央、地震記錄數目等資訊詳如表 3.2 所示，規模範圍在 5.0 至 7.3 之間，多數介於 5.0 至 5.5，大於 6.5 之地震 僅有三筆。圖 3. 3 將震央分布圖繪出，可看出這些地震震央分布尚稱平均， 在台灣島內西南部、東部及東部外海地區各佔約三分之一資料，僅西北部 地區無資料。 在迴歸分析時規模採用台灣地區所使用的近震規模；而距離則採用震 央距離，921 集集地震因有明顯之地表錯動，採用地表斷層線最近距離。 就距離之定義而言，本資料庫所用並不一致，但其對迴歸分析之影響不 大。另一方面，中央氣象局所佈設強震網之測站地盤特性並未做詳細調 查。因此，本研究由採用由地質資料庫比對之分類結果，再配合中央氣象 局對測站地盤分類參考表，而定出地盤分類，區分為 S1、S2、S3 三類， 分別表示堅硬、中等、軟弱地盤。 3.2.3 PGA 衰減律分析比較 為能明瞭震源特性、規模範圍、工址地盤分類等因素對震度衰減特性 之影響。本研究先以 PGA 為對象進行前述各項參數之比較分析，結果如 表 3.3 ~ 3.5 所示。表中以規模 M=7.0 距離 R=0.5 公里之地震 PGA 值境況 模擬作為比較基準，分別比較不同飽和條件、地盤分類、震度定義及震源 分區之影響。其中震度飽和條件以 M＝MMAX 且 R＝RMIN 時，震度 PGA 需 極為相近（飽和），此一飽和現象可由圖 3.5 ~ 3.9 看出。由結果顯示，震 度飽和條件訂為 MMAX=6.0 且 RMIN=0.1 時，震度 PGA 需飽和可得到合理 結果。 地盤分類亦對結果有一些影響，S3 地盤約為 S2 地盤震度之 1.14 倍， 而 S2 地盤約為 S1 地盤震度之 1.1 倍。圖 3.4 比較三類地盤資料迴歸分析 之結果，圖中同時繪出規模為 5.0、6.0 及 7.0 之衰減律曲線。圖 3.5 ~ 3.7 分別將各類地盤之資料與衰減律分析結果繪出比較，由結果可看出衰減率 曲線與資料點之一致性。因此本衰減率曲線應可用以代表台灣地區地震衰 減特性之描述。因本研究對地盤特性所做之分類較為粗略，圖 3.8 及 3.9 將 地盤條件區分為兩類繪出分析結果比較。其中將 S1 和 S2 地盤之資料合併 歸為一類，S2 和 S3 地盤之資料合併歸為二類，分析結果顯示這些地盤分 類的結果在定性上尚屬合理，但在定量上仍須進一步探討。 進行衰減律分析時通常取一定範圍（距離）內之資料進行，由於大多 數資料屬於遠距離資料，而引起地震災害的多為近距離地震，為避免衰減 律分析結果受大量遠距離資料控制，迴歸分析時可對各個地震取同權平均 或對距離取同權平均，亦即另各個地震之權重相同，以免某單一地震因其 收錄資料量大而控制分析結果。表 3.4 ~ 3.5 列出不同權重分析之初步結果。 震源分區之影響可以忽略，此一結果與外國之分析所得結論不同。表 3-3.
(18) 3.6 將部分迴歸分析所得衰減率之係數列出，誤差值之標準偏差σln E 約在 0.62。 3.3 反應譜震度衰減律分析結果 依據 3.2 節之說明，本節將震度分佈圖製作過程及結果作一簡要說明。 由前節針對 PGA 衰減律分析之比較，本研究對反應譜震度分析採用 如下之分析參數及限制： 1. 採用 S1 地盤資料：由於新的設計方法對地盤特性效應採用個別考 慮的方式，因此只需提供堅硬地盤之震度分區圖。 2. 反應譜震度分析不考慮飽和現象：並沒有資料顯示反應譜震度有 像 PGA 衰減律一樣的飽和現象，因此不對反應譜震度衰減律做飽 和現象之限制。 以相同方法迴歸分析出不同結構週期反應譜震度衰減律，結果如表 3.7 所示，表中共列出八十個結構週期之結果，包括分析所得衰減律之常係數 及誤差分佈特性參數。圖 3.10 繪出地震境況模擬之加速度反應譜，境況模 擬以發生一個規模為 7.0 之地震，在距震央距離分別為 0.5、1.0、5.0 及 10 公里遠之工址所可能引致之結構反應（譜）表示，圖中同時將另一境況模 擬規模為 6.0 之地震，在距震央距離為 1.0 公里之結果繪出比較，可以看 出在不同結構週期迴歸分析所得之衰減律有不同的飽和趨勢，亦即在某些 週期，資料在近距離處對規模會顯出較大的分散性。圖 3.11 及 3.12 分別將 結構週期為 1.0 秒及 0.3 秒迴歸所得衰減律與反應譜值資料繪出以為比 較，由圖中可看出結構週期為 1.0 秒之反應譜值資料會隨著規模的變化而 有較大的分散性，因此衰減律迴歸分析結果不會具有飽和現象。 3.4 PGA 及反應譜震度等震度分佈圖 由前面所得之衰減律公式可使用於一般之地震危害度分析，對台灣地 區取適當網格進行則可由結果獲得某些特定迴歸期之等震度分佈圖，本研 究將台灣西部地區幾條重要活斷層（中央地質調查所列為第一類者）以 TYPE I 震源模式加以考慮，其年發生率因受限於資料無法可靠取得，而根 據斷層長度及傾角估計。取 2500 年迴歸期之等震度分佈圖如圖 3.13 ~ 3.15 所示，分別為 PGA、 Sa（T＝0.3 秒）及 Sa（T＝1.0 秒）結果。由結果顯 示在不同地區之設計反應譜將與傳統之耐震設計反應譜有相當大之不 同。圖 3.16 ~ 3.18 則將 475 年迴歸期之等震度分布圖繪出比較，2500 年迴 歸期之震度值約為 475 年迴歸期之震度值的 1.25~1.5 倍，與 IBC2000 之結 論相當。對短週期耐震需求之定義有兩種形式，分別為週期 0.2 秒及 0.3 秒之反應譜值，圖 3.19、3.20 將 Sa（T＝0.2 秒）之等震度分布圖繪出，以 為不同耐震需求定義方式應用。 3-4.
(19) 3.5 耐震需求曲線比較 分別以自然振動週期 T = 0.3 秒與 T = 1.0 秒時之反應譜值代表單自由度 線性系統之等加速度反應譜區與等速度反應譜區之反應譜值。再由前節分 析結果即可建立各地區之耐震需求。以嘉義梅山之一堅硬地盤工址為例， 圖 3.21 分別繪出 2500 年及 475 年回歸期之彈性耐震需求。圖中所使用符 號說明如下表所示 符號. 說明. Mean. 選用 34 個堅硬地盤地震記錄之平均反應譜. DRSP. 由平均反應譜 T=0.3、1.0 秒控制點建立之簡化設計反應譜. SHA. 以反應譜衰減律進行危害度分析所得之簡化設計反應譜. ATC-40. ATC-40 定義之耐震需求曲線（簡化設計反應譜）. 2500 yrs.. 回歸期為 2500 年之耐震需求. 475 yrs.. 回歸期為 475 年之耐震需求. 圖 3.21 的 SHA 曲線是由圖 3.14、3.15、3.17、3.18 危害度分析之結果 所得。DRSP 曲線是由平均反應譜簡化而來。而 ATC-40 曲線為 SB 地盤（相 當於我國規範之堅硬地盤）之耐震需求並假設為地震 3 區（Zone 3） ，其設 計 PGA 值為 0.3g(回歸期為 475 年)。由圖中結果可知期間有相當大的差 異性。傳統的耐震設計反應譜是由 Mean 的曲線（採用加一個標準偏差曲 線）定義，以此曲線 T=0.3、1.0 秒控制點建立之簡化設計反應譜最接近傳 統設計反應譜，但在中長週期區間會低估耐震需求，可由更改長週期控制 點為 T=0.5 秒。ATC-40 耐震需求曲線在短週期區間也接近傳統設計反應 譜，長週期區間則明顯偏高。由危害度分析所得之簡化設計耐震需求曲線 在短週期區間則可能低估，而長週期區間則明顯偏高。 圖 3.21 的幾個主要耐震需求曲線控制點數值列於下表以為比較 475 年 Design EQ. (g). 2500 年 MCE (g). ATC-40. SHA 分析. ATC-40. SHA 分析. PGA. 0.3. 0.3. 0.45. 0.44. Ss=Sa(T=0.3). 0.75. 0.59. 1.125. 0.86. Sl=Sa(T=1.0). 0.3. 0.25. 0.45. 0.48. 3-5.
(20) 與 IBC2000 規範之結果比較，就 PGA 而言，結果相近。在短週期區 間則本報告之結果可能低估，而長週期區間則互有高低。因此，以譜法定 義之耐震需求曲線仍需進一步研究分析。. 3-6.
(21) 表 3.1 921 地震前衰減律迴歸分析所用強震紀錄之基本資料. 發生日期. 震央(N,E). 規模. 震源深度. 記錄筆數. 1993,12,15. 23.213N, 120.524E. 5.70. 12.50 km. 158. 1994,04,06. 23.532N, 120.421E. 5.03. 13.40 km. 84. 1994,04,30. 24.354N, 122.074E. 5.04. 3.90 km. 47. 1994,06,05. 24.462N, 121.838E. 6.20. 5.30 km. 129. 1995,01,10. 23.010N, 121.460E. 5.12. 3.81 km. 28. 1995,05,27. 24.053N, 121.583E. 5.26. 19.73 km. 32. 1996,05,28. 23.680N, 121.430E. 5.05. 24.95 km. 45. 表 3.2 本研究衰減律迴歸分析所用強震紀錄之基本資料 Location E N 120.52 23.21 120.42 23.53 122.07 24.35 121.84 24.46 121.66 23.94 121.43 23.68 121.46 23.01 121.67 24.61 121.85 24.32 120.36 23.29 121.58 24.05 121.37 22.00 121.08 22.69 120.66 23.50 120.81 23.85. FD. ML. Eq. Type. Date–Time(UT). Number of Records. 12.50 13.44 3.90 5.30 7.61 3.81 19.73 39.88 8.79 10.65 24.95 14.76 3.82 2.80 7.00. 5.70 5.03 5.04 6.20 4.99 5.12 5.26 6.50 5.80 5.19 5.05 7.07 5.07 6.20 7.25. 1 1 2 2 2 1 2 1 2 1 1 2 1 1 1. 1993/12/15–21:49:43.10 1994/04/06–01:12:11.09 1994/04/30–09:14:17.12 1994/06/05–01:09:30.09 1994/06/30–23:45:18.57 1995/01/10–07:55:19.56 1995/05/27–18:11:11.12 1995/06/25–06:59:07.09 1995/07/14–16:52:46.48 1995/10/31–22:27:06.94 1996/05/28–21:53:22.35 1996/09/05–23:42:07.88 1998/01/20–23:29:38.87 1998/07/17–04:51:14.96 1999/09/20–17:47:15.79. 151 79 45 233 8 38 160 345 200 132 75 192 43 121 364. Note: Eq. Type = 1 for intraslab earthquake; Eq. Type = 2 for subduction zone interface earthquake. 3-7.
(22) 表 3.3 衰減律迴歸分析結果比較。採用 15 個地震記錄。地震規模為 4.5 < M < 7.5 Component. Source Type. Site Condition. Saturation Condition M Max. RMin. σ ln E. PGA (M=7,R=.5) 0.73631 0.70572. Geo Mean All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.10. Geo Mean All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.20. 0.62088 0.61936. Geo Mean All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.50. 0.61540. 0.60516. Geo Mean All Eq. Type. All Site. 5.00. 0.20. 0.61814. 0.67421. Geo Mean All Eq. Type. S1 Site. 6.00. 0.10. 0.68566. 0.66531. Geo Mean All Eq. Type. S2 Site. 6.00. 0.10. 0.62162. 0.72852. Geo Mean All Eq. Type. S3 Site. 6.00. 0.10. 0.52502. 0.82847. Geo Mean All Eq. Type S1+S2 Site. 6.00. 0.10. 0.64706. 0.69872. Geo Mean All Eq. Type S2+S3 Site. 6.00. 0.10. 0.59080. 0.76646. EW-Direc All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.10. 0.63745. 0.73848. NS-Direc. All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.10. 0.63826. 0.73491. Average. All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.10. 0.62121. 0.74854. Max(E,N) All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.10. 0.63375. 0.81764. Geo Mean All Eq. Type Geo Mean IntraSlab Eq.b Eq. IntraSlab Geo Mean Eq.b Eq. Geo Mean IntraSlab Eq.b Eq. Geo Mean IntraSlab Eq.b Eq. IntraSlab Geo Mean Eq.b Eq. Geo Mean IntraSlab Eq.b Eq. Geo Mean SubDuction Zone Eq. SubDuction Geo Mean Zone Eq. Geo Mean SubDuction Zone Eq. Geo Mean SubDuction Zone Eq. SubDuction Geo Mean Zone Eq. Geo Mean SubDuction Zone Eq. SubDuction Geo Mean Zone Eq.. All Site. 6.00. 0.10. 0.62088. 0.73631. All Site. 6.00. 0.10. 0.62195. 0.72026. S1 Site. 6.00. 0.10. 0.66060. 0.67078. S2 Site. 6.00. 0.10. 0.64787. 0.73674. S3 Site. 6.00. 0.10. 0.52381. 0.76529. S1+S2 Site. No. 0.10. 0.65271. 0.74207. S2+S3 Site. No. 0.10. 0.60577. 0.74507. All Site. 6.00. 0.10. 0.62005. 0.75796. All Site. No. 0.10. 0.62009. 0.74539. S1 Site. No. 0.10. 0.72922. 0.68550. S2 Site. No. 0.10. 0.58027. 0.74254. S3 Site. No. 0.10. 0.50903. 0.89155. S1+S2 Site. No. 0.10. 0.63982. 0.74034. S2+S3 Site. No. 0.10. 0.58591. 0.74737. 3-8.
(23) 表 3.4 衰減律迴歸分析結果比較。採用 15 個地震記錄。 地震規模為 4.5 < M < 7.5, 單一地震採同權平均之結果 Component. Source Type. Site Condition. Saturation Condition M Max. RMin. σ ln E. PGA (M=7,R=.5) 0.71587 0.66765. Geo Mean All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.10. Geo Mean All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.20. 0.64071 0.63961. Geo Mean All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.50. 0.63778. 0.59739. Geo Mean All Eq. Type. All Site. 5.00. 0.20. 0.63923. 0.67120. Geo Mean All Eq. Type. S1 Site. 6.00. 0.10. 0.67558. 0.62738. Geo Mean All Eq. Type. S2 Site. 6.00. 0.10. 0.63947. 0.67835. Geo Mean All Eq. Type. S3 Site. 6.00. 0.10. 0.55565. 0.82682. Geo Mean All Eq. Type S1+S2 Site. 6.00. 0.10. 0.66198. 0.67156. Geo Mean All Eq. Type S2+S3 Site. 6.00. 0.10. 0.62267. 0.75059. EW-Direc All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.10. 0.65838. 0.71747. NS-Direc. All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.10. 0.66201. 0.71520. Average. All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.10. 0.63951. 0.72559. Max(E,N) All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.10. 0.65125. 0.81020. Geo Mean All Eq. Type Geo Mean IntraSlab Eq.b Eq. IntraSlab Geo Mean Eq.b Eq. Geo Mean IntraSlab Eq.b Eq. Geo Mean IntraSlab Eq.b Eq. IntraSlab Geo Mean Eq.b Eq. Geo Mean IntraSlab Eq.b Eq. Geo Mean SubDuction Zone Eq. SubDuction Geo Mean Zone Eq. Geo Mean SubDuction Zone Eq. Geo Mean SubDuction Zone Eq. Geo Mean SubDuction Zone Eq. Geo Mean SubDuction Zone Eq. SubDuction Geo Mean Zone Eq.. All Site. 6.00. 0.10. 0.64071. 0.71587. All Site. 6.00. 0.10. 0.67225. 0.67381. S1 Site. 6.00. 0.10. 0.67857. 0.61108. S2 Site. 6.00. 0.10. 0.69140. 0.65501. S3 Site. 6.00. 0.10. 0.55512. 0.75829. S1+S2 Site. No. 0.10. 0.69285. 0.48972. S2+S3 Site. No. 0.10. 0.66877. 0.74152. All Site. 6.00. 0.10. 0.58253. 0.78345. All Site. No. 0.10. 0.58241. 0.79472. S1 Site. No. 0.10. 0.66827. 0.66426. S2 Site. No. 0.10. 0.54477. 0.74559. S3 Site. No. 0.10. 0.51772. 0.92769. S1+S2 Site. No. 0.10. 0.60097. 0.74318. S2+S3 Site. No. 0.10. 0.51012. 0.74452. 3-9.
(24) 表 3.5 衰減律迴歸分析結果比較。採用 15 個地震記錄。 地震規模為 4.5 < M < 7.5, 對距離及單一地震採同權平均之結果 Component. Source Type. Site Condition. Saturation Condition M Max. RMin. σ ln E. PGA (M=7,R=.5) 0.63933 0.62684. Geo Mean All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.10. Geo Mean All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.20. 0.62266 0.62158. Geo Mean All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.50. 0.61992. 0.57949. Geo Mean All Eq. Type. All Site. 5.00. 0.20. 0.62109. 0.58127. Geo Mean All Eq. Type. S1 Site. 6.00. 0.10. 0.58554. 0.58829. Geo Mean All Eq. Type. S2 Site. 6.00. 0.10. 0.62698. 0.63862. Geo Mean All Eq. Type. S3 Site. 6.00. 0.10. 0.64336. 0.81565. Geo Mean All Eq. Type S1+S2 Site. 6.00. 0.10. 0.63564. 0.62316. Geo Mean All Eq. Type S2+S3 Site. 6.00. 0.10. 0.62903. 0.67116. EW-Direc All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.10. 0.62458. 0.64782. NS-Direc. All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.10. 0.66640. 0.63074. Average. All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.10. 0.62283. 0.64316. Max(E,N) All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.10. 0.63693. 0.75442. Geo Mean All Eq. Type Geo Mean IntraSlab Eq.b Eq. IntraSlab Geo Mean Eq.b Eq. Geo Mean IntraSlab Eq.b Eq. Geo Mean IntraSlab Eq.b Eq. IntraSlab Geo Mean Eq.b Eq. Geo Mean IntraSlab Eq.b Eq. Geo Mean SubDuction Zone Eq. SubDuction Geo Mean Zone Eq. Geo Mean SubDuction Zone Eq. Geo Mean SubDuction Zone Eq. Geo Mean SubDuction Zone Eq. Geo Mean SubDuction Zone Eq. SubDuction Geo Mean Zone Eq.. All Site. 6.00. 0.10. 0.62266. 0.63933. All Site. 6.00. 0.10. 0.62957. 0.63816. S1 Site. 6.00. 0.10. 0.65402. 0.58566. S2 Site. 6.00. 0.10. 0.63980. 0.61576. S3 Site. 6.00. 0.10. 0.59078. 0.71923. S1+S2 Site. No. 0.10. 0.62887. 0.59194. S2+S3 Site. No. 0.10. 0.65642. 0.64361. All Site. 6.00. 0.10. 0.61392. 0.64030. All Site. No. 0.10. 0.61376. 0.64347. S1 Site. No. 0.10. 0.50940. 0.57503. S2 Site. No. 0.10. 0.59982. 0.73964. S3 Site. No. 0.10. 0.64521. 1.06200. S1+S2 Site. No. 0.10. 0.64316. 0.63688. S2+S3 Site. No. 0.10. 0.37363. 0.76998. 3-10.
(25) 表 3.6. Component. Source Type. 衰減律迴歸分析係數比較。採用 15 個地震記錄。地震規模為 4.5 < M < 7.5。. Site Condition. Saturation Condition M Max. RMin. σ ln E. PGA (M=7,R=.5). Coefficients of Campbell’s Attenuation Law. C1. C2. C3. C4. C5. Geo Mean All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.10 0.62088. 0.73631. 0.02938. 1.19950. 1.73413. 0.14667. 0.69689. Geo Mean All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.20 0.61936. 0.70572. 0.03013. 1.19792. 1.73468. 0.14820. 0.70007. Geo Mean All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.50 0.61540. 0.60516. 0.03163. 1.19374. 1.73631. 0.15234. 0.71027. Geo Mean All Eq. Type. All Site. 5.00. 0.20 0.61814. 0.67421. 0.03060. 1.19617. 1.73597. 0.14827. 0.70378. Geo Mean All Eq. Type. S1 Site. 6.00. 0.10 0.68566. 0.66531. 0.02653. 1.19917. 1.73443. 0.14664. 0.69659. Geo Mean All Eq. Type. S2 Site. 6.00. 0.10 0.62162. 0.72852. 0.02908. 1.19951. 1.73414. 0.14672. 0.69689. Geo Mean All Eq. Type. S3 Site. 6.00. 0.10 0.52502. 0.82847. 0.03305. 1.19985. 1.73375. 0.14661. 0.69724. Geo Mean All Eq. Type S1+S2 Site 6.00. 0.10 0.64706. 0.69872. 0.02789. 1.19936. 1.73426. 0.14671. 0.69675. Geo Mean All Eq. Type S2+S3 Site 6.00. 0.10 0.59080. 0.76646. 0.03059. 1.19964. 1.73399. 0.14669. 0.69702. EW-Direc All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.10 0.63745. 0.73848. 0.02944. 1.19949. 1.73415. 0.14661. 0.69688. NS-Direc. All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.10 0.63826. 0.73491. 0.02933. 1.19950. 1.73412. 0.14668. 0.69689. Average. All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.10 0.62121. 0.74854. 0.02985. 1.19954. 1.73410. 0.14662. 0.69693. Max(E,N) All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.10 0.63375. 0.81764. 0.03252. 1.19980. 1.73395. 0.14638. 0.69714. Geo Mean All Eq. Type. All Site. 6.00. 0.10 0.62088. 0.73631. 0.02938. 1.19950. 1.73413. 0.14667. 0.69689. 3-11.
(26) 表 3.7 : Campbell 氏 S1 地盤各種周期水平向 Sa 震度衰減律係數迴歸分析之結 果比較，採用 15 個地震紀錄，幾何平均值，不限制震度飽和條件 Perd. C1. σ ln E. C3. C4. 0.029 0.02756476. 1.20123636. 1.73295379. 0.14696144. 0.69366162 -0.08059 0.63058 34.00. 0.032 0.02787000. 1.20124352. 1.73295732. 0.14690270. 0.69368966 -0.06756 0.64081 31.00. 0.036 0.02795670. 1.20125770. 1.73294538. 0.14690704. 0.69369302 -0.06170 0.63988 28.00. 0.040 0.02812312. 1.20127335. 1.73293509. 0.14689601. 0.69370358 -0.05196 0.64070 25.00. 0.045 0.02848604. 1.20128976. 1.73293214. 0.14683720. 0.69373309 -0.03260 0.65386 22.00. 0.050 0.02866953. 1.20130396. 1.73292422. 0.14681593. 0.69374402 -0.02136 0.66330 20.00. 0.056 0.02915714. 1.20133141. 1.73292015. 0.14672190. 0.69376327. 0.01389 0.68234 18.00. 0.059 0.02931520. 1.20135000. 1.73290964. 0.14670129. 0.69376105. 0.02813 0.69280 17.00. 0.063 0.02951875. 1.20135458. 1.73291063. 0.14667111. 0.69378861. 0.04755 0.70007 16.00. 0.067 0.02966302. 1.20137489. 1.73289626. 0.14666334. 0.69379010. 0.06186 0.70338 15.00. 0.069 0.02983336. 1.20173856. 1.73263918. 0.14666242. 0.69321211. 0.06568 0.71038 14.50. 0.071 0.03626580. 1.20485728. 1.72818633. 0.15868640. 0.69766083 -0.03883 0.71113 14.00. 0.074 0.03727424. 1.20327552. 1.73048293. 0.15158828. 0.69584640 -0.07233 0.72137 13.50. 0.077 0.03784147. 1.20350609. 1.73015521. 0.15221389. 0.69609802 -0.07859 0.71379 13.00. 0.080 0.03877472. 1.20391838. 1.72956093. 0.15350360. 0.69658157 -0.08970 0.70612 12.50. 0.083 0.03714745. 1.20336159. 1.73034817. 0.15177065. 0.69594251 -0.03566 0.71431 12.00. 0.087 0.03849897. 1.20356116. 1.73017403. 0.15194415. 0.69613396 -0.04557 0.72229 11.50. 0.091 0.04100982. 1.20403957. 1.72964649. 0.15275642. 0.69661752 -0.08183 0.73082 11.00. 0.095 0.04102196. 1.20406710. 1.72967001. 0.15273457. 0.69661887 -0.06184 0.73437 10.50. 0.100 0.04192064. 1.20416388. 1.72956484. 0.15258881. 0.69672360 -0.06931 0.72264 10.00. 0.105 0.04447658. 1.20477220. 1.72890442. 0.15378016. 0.69732423 -0.08057 0.73358. 9.50. 0.111 0.04410086. 1.20448318. 1.72934588. 0.15261296. 0.69699810 -0.05739 0.73571. 9.00. 0.118 0.04534747. 1.20476551. 1.72903382. 0.15298784. 0.69728534 -0.06821 0.73002. 8.50. 0.125 0.04644289. 1.20501522. 1.72878346. 0.15326635. 0.69752306 -0.07930 0.73175. 8.00. 0.129 0.04656188. 1.20507799. 1.72866242. 0.15344582. 0.69761095 -0.07921 0.72095. 7.75. 0.133 0.04604942. 1.20508953. 1.72857538. 0.15364513. 0.69764963 -0.07243 0.71065. 7.50. 0.138 0.04564123. 1.20514325. 1.72846690. 0.15387203. 0.69770976 -0.06734 0.69989. 7.25. 3- 12. C5. µ ln E. C2. Freq.
(27) 表 3.7 : Campbell 氏 S1 地盤各種周期水平向 Sa 震度衰減律係數迴歸分析之結 果比較，採用 15 個地震紀錄，幾何平均值，不限制震度飽和條件 (續) Perd. C1. σ ln E. C3. C4. 0.143 0.04627016. 1.20529444. 1.72829386. 0.15406803. 0.69787924 -0.07193 0.69062. 7.00. 0.148 0.04675833. 1.20544585. 1.72815879. 0.15421438. 0.69801609 -0.07675 0.69152. 6.75. 0.154 0.04840853. 1.20575675. 1.72784099. 0.15453475. 0.69832860 -0.09364 0.68540. 6.50. 0.160 0.04939529. 1.20605824. 1.72744019. 0.15516649. 0.69866252 -0.09919 0.67543. 6.25. 0.167 0.04960066. 1.20620121. 1.72723496. 0.15555374. 0.69882107 -0.09971 0.67197. 6.00. 0.174 0.04957209. 1.20658581. 1.72664938. 0.15706134. 0.69928002 -0.08699 0.66795. 5.75. 0.182 0.04844992. 1.20582872. 1.72772690. 0.15456263. 0.69839865 -0.06462 0.66053. 5.50. 0.190 0.05061290. 1.20616434. 1.72741472. 0.15471913. 0.69873136 -0.06936 0.65205. 5.25. 0.200 0.05338828. 1.20690868. 1.72650542. 0.15622774. 0.69952795 -0.09597 0.64410. 5.00. 0.208 0.05213839. 1.20634936. 1.72732043. 0.15455817. 0.69888381 -0.06853 0.65498. 4.80. 0.217 0.05187971. 1.20624041. 1.72746669. 0.15419706. 0.69874133 -0.04515 0.65087. 4.60. 0.227 0.05174037. 1.20625360. 1.72750848. 0.15409197. 0.69875444 -0.04157 0.65246. 4.40. 0.238 0.05149938. 1.20625590. 1.72752297. 0.15403671. 0.69871940 -0.03576 0.66158. 4.20. 0.250 0.05141544. 1.20642648. 1.72734587. 0.15438731. 0.69889622 -0.04327 0.65602. 4.00. 0.263 0.05112180. 1.20644361. 1.72724333. 0.15448888. 0.69894674 -0.03457 0.63813. 3.80. 0.278 0.05012732. 1.20626554. 1.72733302. 0.15428856. 0.69877813 -0.00610 0.64364. 3.60. 0.290 0.04945394. 1.20610862. 1.72759225. 0.15376594. 0.69861578 -0.00508 0.64114. 3.45. 0.303 0.04816200. 1.20645246. 1.72714348. 0.15520887. 0.69899088 -0.01203 0.63255. 3.30. 0.317 0.04526585. 1.20555016. 1.72820759. 0.15327267. 0.69802711. 0.01225 0.62805. 3.15. 0.333 0.04344641. 1.20551097. 1.72854966. 0.15141448. 0.69606234. 0.02797 0.62226. 3.00. 0.345 0.04458604. 1.20574987. 1.72796557. 0.15178735. 0.69730898. 0.01276 0.63755. 2.90. 0.357 0.04392979. 1.20602185. 1.72798799. 0.15001334. 0.69576091 -0.00109 0.63923. 2.80. 0.370 0.04275517. 1.20603585. 1.72797961. 0.15078544. 0.69600486. 0.01554 0.63321. 2.70. 0.385 0.04297015. 1.20627075. 1.72812646. 0.14938629. 0.69521624 -0.00462 0.64146. 2.60. 0.400 0.04206239. 1.20661241. 1.72806129. 0.14671731. 0.69650639. 0.00378 0.64655. 2.50. 0.417 0.04147637. 1.20723815. 1.72821305. 0.14380641. 0.69897585 -0.00560 0.65913. 2.40. 0.435 0.04051721. 1.20773492. 1.72843139. 0.14316549. 0.69901247 -0.00923 0.67137. 2.30. 3- 13. C5. µ ln E. C2. Freq.
(28) 表 3.7 : Campbell 氏 S1 地盤各種周期水平向 Sa 震度衰減律係數迴歸分析之結 果比較，採用 15 個地震紀錄，幾何平均值，不限制震度飽和條件 (續) Perd. C1. σ ln E. C3. C4. 0.455 0.03789348. 1.21281695. 1.72503602. 0.13740034. 0.70125991 -0.01151 0.67997. 2.20. 0.476 0.01821180. 1.28012279. 1.67916418. 0.08120842. 0.76302387. 0.01522 0.68306. 2.10. 0.500 0.00545360. 1.39180385. 1.60218132. 0.03292138. 0.86416894. 0.04886 0.68836. 2.00. 0.526 0.00425868. 1.42636762. 1.59456485. 0.04067395. 0.83634493. 0.02048 0.70203. 1.90. 0.556 0.00411987. 1.42427907. 1.58768008. 0.05444824. 0.79298455. 0.00531 0.70118. 1.80. 0.588 0.00141875. 1.54278324. 1.51107605. 0.02576939. 0.90132041. -0.00111 0.67831. 1.70. 0.625 0.00370594. 1.42435045. 1.57907303. 0.10075718. 0.70627940 -0.00035 0.68568. 1.60. 0.667 0.00124892. 1.53605776. 1.51103642. 0.04862577. 0.80287465. 0.00033 0.68136. 1.50. 0.714 0.00169612. 1.48291475. 1.52025879. 0.12519209. 0.66537167 -0.00158 0.69796. 1.40. 0.769 0.00243353. 1.42487927. 1.56147824. 0.13202975. 0.64003918. 0.00040 0.69591. 1.30. 0.833 0.00039771. 1.59482244. 1.43392429. 0.13564547. 0.59711849. 0.00371 0.73138. 1.20. 0.909 0.00260301. 1.35227274. 1.54667821. 0.12352617. 0.61184962. 0.00080 0.73166. 1.10. 1.000 0.00211841. 1.35439307. 1.54714435. 0.11478882. 0.60214627 -0.00140 0.72968. 1.00. 1.111 0.00166812. 1.35718392. 1.54678419. 0.10792132. 0.59402625 -0.00498 0.73619. 0.90. 1.250 0.00218231. 1.32346211. 1.64417114. 0.14015303. 0.54612401. 0.00259 0.80763. 0.80. 1.429 0.00394814. 1.22560049. 1.72949102. 0.07934376. 0.60507784. 0.00942 0.89074. 0.70. 1.667 0.00022582. 1.49513065. 1.48193332. 0.12267310. 0.50436137. 0.00998 0.76402. 0.60. 2.000 0.00020488. 1.47487915. 1.50161127. 0.11485519. 0.50207915 -0.01090 0.81985. 0.50. 2.500 0.00024311. 1.42425523. 1.55186903. 0.10505991. 0.52212634 -0.01319 0.89357. 0.40. 3.333 0.00019803. 1.40148230. 1.57826458. 0.10592313. 0.53275223 -0.01079 0.94467. 0.30. 5.000 0.00032450. 1.29010654. 1.67170998. 0.08566576. 0.57237178 -0.01845 1.12417. 0.20. 5.556 0.00069696. 1.22238386. 1.72798780. 0.09851347. 0.62114980 -0.00160 1.17702. 0.18. 6.250 0.00058401. 1.22242918. 1.72810610. 0.09780514. 0.62036942 -0.00156 1.20005. 0.16. 7.143 0.00035417. 1.22932935. 1.72703950. 0.07913993. 0.59677640 -0.00428 1.21892. 0.14. 8.333 0.00042508. 1.21897699. 1.72829282. 0.10877554. 0.63416065 -0.00242 1.22499. 0.12. 10.00 0.00032859. 1.21772808. 1.72835064. 0.11224179. 0.63861526. 0.10. 3- 14. C5. µ ln E. C2. 0.00287 1.20705. Freq.
(29) Horizontal Peak Ground Acceleration (g). 1.0E+0. Kobe earthquake (M=7.0) Northridge earthquake (M=6.7). 1.0E-1. 1.0E-2. PGA Attenuation Equation (Median) Used in Current Study Taiwan earthquake (M=7.0) Taiwan earthquake (M=6.7). 1.0E-3 1.0. 10.0 100.0 Shortest Distance (km). 1000.0. 圖 3.1：新建 PGA 震度衰減律與美、日兩國震度衰減律之比較 (LOH、1998). 3- 15.
(30) BJF Strike-Slip Form, Mw = 7.7 Taiwan Campbell Form, ML=7.3 1E+3. 9 8 7 6 5 4 3. Peak Ground Acceleration, (gal). 2. 1E+2. 9 8 7 6 5 4 3 2. JiJi-Earthquake Data Free Field Data 1E+1. 9 8 7 6 5. EW-Dir. NS-Dir. Attenuation Form. 4 3. Campbell, ML=7.3 (CWB). 2. USA BJF(RS), Mw=7.7 (USGS) USA BJF(SS), Mw=7.7 (USGS). 1E+0 1. 10. 100. Fault Rupture Distance, (km) 圖 3.2：新建 PGA 震度衰減律與集集地震 PGA 資料之比較 (NCREE、1999). 3- 16.
(31) Earthquake Events Used for Attenuation Law Regression. 25N. 95/6/25. 6.50 8. 94/6/5. 6.20 4. 95/7/14 94/4/30 95.04 3. 5.80 96/5/28. 5.05 11 94/6/30 4.99 5. 24N. Latitude, N. 99/9/20 15. 7.30. 95/1/10. 5.12 6. 94/4/6 98/7/17 14 5.03 2. 6.20. 95/10/31 5.19 1093/12/15 1. 5.70. 95/5/27. 23N. 5.26 7 98/1/20. 5.07 13. 96/9/5. 22N. 7.07 12. 120E. 121E. 122E. Longitude, E 圖 3.3：本研究迴歸分析衰減律所用強震紀錄之位置與規模示意圖. 3- 17.
(32) Geo-Mean, 15 Eqs., CA, Comparison for Site Condition 1E+0. 9 8 7 6 5 4 3. Peak Ground Acceleration, [G]. 2. 1E-1. 9 8 7 6 5 4. M = 7.0. 3. M = 6.0 2. M = 5.0 S3 Site. 1E-2. S2 Site. 9 8 7 6. S1 Site. 5 4 3. 2 2. 1E-1. 3 4 5 6 789. 2. 3 4 5 6 789. 1E+0. 1E+1. 2. 3 4 5 6 789. 2. 3 4 5. 1E+2. Distance, km 圖 3.4: 不同地盤之水平向 PGA 衰減律比較。採用 15 個地震紀錄，幾何平均值。. 3- 18.
(33) Geo-Mean, 15 Eqs., CA, Site S1 1E+0. 9 8 7 6 5 4 3. Peak Ground Acceleration, [G]. 2. 1E-1. 9 8 7 6 5 4 3. 2. 1E-2. 9 8 7 6. M = 7.07,7.25 (2) M = 6.2,6.5 (3) M = 5.7,5.8 (2). 5 4. M = 4.99 - 5.26 (8). 3. 2. 1E-1. 1E+0. 1E+1. 1E+2. Distance, km 圖 3.5: S1 地盤之水平向 PGA 衰減律與實測地震紀錄比較。採用 15 個地震紀錄， 幾何平均值。. 3- 19.
(34) Geo-Mean, 15 Eqs., CA, Site S2 1E+0. 9 8 7 6 5 4 3. Peak Ground Acceleration, [G]. 2. 1E-1. 9 8 7 6 5 4 3. 2. 1E-2. 9 8 7 6. M = 7.07,7.25 (2) M = 6.2,6.5 (3) M = 5.7,5.8 (2). 5 4. M = 4.99 - 5.26 (8). 3. 2. 1E-1. 1E+0. 1E+1. 1E+2. Distance, km 圖 3.6: S2 地盤之水平向 PGA 衰減律與實測地震紀錄比較。採用 15 個地震紀錄， 幾何平均值。. 3- 20.
(35) Geo-Mean, 15 Eqs., CA, Site S3 1E+0. 9 8 7 6 5 4 3. Peak Ground Acceleration, [G]. 2. 1E-1. 9 8 7 6 5 4 3. 2. 1E-2. 9 8 7 6. M = 7.07,7.25 (2) M = 6.2,6.5 (3) M = 5.7,5.8 (2). 5 4. M = 4.99 - 5.26 (8). 3. 2. 1E-1. 1E+0. 1E+1. 1E+2. Distance, km 圖 3.7: S3 地盤之水平向 PGA 衰減律與實測地震紀錄比較。採用 15 個地震紀錄， 幾何平均值。. 3- 21.
(36) Geo-Mean, 15 Eqs., CA, Site S1+S2 1E+0. 9 8 7 6 5 4 3. Peak Ground Acceleration, [G]. 2. 1E-1. 9 8 7 6 5 4 3. 2. 1E-2. 9 8 7 6. M = 7.07,7.25 (2) M = 6.2,6.5 (3) M = 5.7,5.8 (2). 5 4. M = 4.99 - 5.26 (8). 3. 2. 1E-1. 1E+0. 1E+1. 1E+2. Distance, km 圖 3.8: S1+S2 地盤之水平向 PGA 衰減律與實測地震紀錄比較。採用 15 個地震紀 錄，幾何平均值。. 3- 22.
(37) Geo-Mean, 15 Eqs., CA, Site S2+S3 1E+0. 9 8 7 6 5 4 3. Peak Ground Acceleration, [G]. 2. 1E-1. 9 8 7 6 5 4 3. 2. 1E-2. 9 8 7 6. M = 7.07,7.25 (2) M = 6.2,6.5 (3) M = 5.7,5.8 (2). 5 4. M = 4.99 - 5.26 (8). 3. 2. 1E-1. 1E+0. 1E+1. 1E+2. Distance, km 圖 3.9: S2+S3 地盤之水平向 PGA 衰減律與實測地震紀錄比較。採用 15 個地震紀 錄，幾何平均值。. 3- 23.
(38) Response Spectra based on Sa-Attenuation Law 15 Eqs., Geo-Mean, M = 4.5 --- 7.5, S1 Site Weighting by Distance, Not Saturated. 1.5. Spectral Acceleration, Sa (g). Sa-Att Fun M=7,R=0.5 M=7,R=1 1.0. M=7,R=5 M=7,R=10 M=6,R=1. 0.5. 0.0 0. 1. 2. 3. 4. 5. Structural Period, Ts (Sec). Spectral Acceleration, Sa (g). 2. 1.009 8 7 6 5 4 3 2. Sa-Att. Fun M=7,R=0.5. 0.109 8 7 6 5 4. M=7,R=1 M=7,R=5. 3. M=7,R=10. 2. M=6,R=1 0.01 0.01. 2. 3. 4 5 6 7 89. 0.10. 2. 3. 4 5 6 7 89. 1.00. 2. 3. 4 5 6 7 89. 10.00. Structural Period, Ts (Sec) 圖 3.10 : 由 S1 地盤之水平向 Sa 衰減律建立之反應譜。採用 15 個地震紀錄， 幾何平均值，不考慮震度飽和條件。地震規模 M=7.0，震源距離 R=0.5km，1.0km，5km 及 10km。與 M=6.0， R=1.0km 之結果比較. 3- 24.
(39) Normalized Residuals. Sa-Att. Curve, T=1.00 Sec., S1 Site 15 Eqs., Geo-Mean, M = 4.5 --- 7.5 Weighting by Distance, Not Saturated 4 3. 2 1. 0 -1. -2 -3. -4 2. 1E+09. Peak Ground Acceleration, [G]. 8 7 6 5 4 3 2. 1E-19 8 7 6 5 4 3 2. Ca Curve, M=7. 1E-29 8 7 6 5 4 3. Ca Curve, M=6 Ca Curve, M=5 Data, M=7.0-7.5. 2. Data, M=6.0-6.5. 1E-39. Data, M=5.5-6.0. 8 7 6 5 4 3. Data, M=4.5-5.5. 2. 1E-1. 1E+0. 1E+1. 1E+2. Distance, km 圖 3.11 : S1 地盤之水平向 Sa 衰減律與實測地震紀錄比較例，結構週期 Ts=1.0 秒(0.1Hz)。採用 15 個地震紀錄，幾何平均值，不考慮 震度飽和條件。地震規模 M=4.5-7.5. 3- 25.
(40) Normalized Residuals. Sa-Att. Curve, 0.33 Sec., S1 Site 15 Eqs., Geo-Mean, M = 4.5 --- 7.5 Weighting by Distance, Not Saturated 4 3. 2 1. 0 -1. -2 -3. -4 2. 1E+09. Peak Ground Acceleration, [G]. 8 7 6 5 4 3 2. 1E-19 8 7 6 5 4 3 2. Ca Curve, M=7. 1E-29 8 7 6 5 4 3. Ca Curve, M=6 Ca Curve, M=5 Data, M=7.0-7.5. 2. Data, M=6.0-6.5. 1E-39. Data, M=5.5-6.0. 8 7 6 5 4 3. Data, M=4.5-5.5. 2. 1E-1. 1E+0. 1E+1. 1E+2. Distance, km 圖 3.12 : S1 地盤之水平向 Sa 衰減律與實測地震紀錄比較例，結構週期 Ts=0.33 秒(3Hz)。採用 15 個地震紀錄，幾何平均值，不考慮 震度飽和條件。地震規模 M=4.5-7.5. 3- 26.
(41) PGA(g);. UNC; RP=2500 yrs.; Mo=4.5; Dmin=1.0km; Att.=Ca. 25N. Latitude, N. 24N. 23N. 22N. 120E. 121E. 122E. Longitude, E. 圖 3.13 : 由 S1 地盤之水平向 PGA 衰減律建立台灣地區 2500 年迴歸期 等震度圖。PGA 衰減律回歸採用幾何平均值，考慮震度飽和條件。 震度單位為 g。. 3- 27.
(42) Sa(g); T=0.3 Sec.; UNC; RP=2500 yrs.; Mo=4.5; Dmin=1.0km. 25N. Latitude, N. 24N. 23N. 22N. 120E. 121E. 122E. Longitude, E. 圖 3.14 : S1 地盤水平向 Sa(T=0.3 秒)衰減律建立台灣地區 2500 年迴歸期等震 度圖。衰減律回歸採用幾何平均值，不考慮震度飽和條件。震度 單位為 g。. 3- 28.
(43) Sa(g); T=1.0 Sec.; UNC; RP=2500 yrs.; Mo=4.5; Dmin=1.0km. 25N. Latitude, N. 24N. 23N. 22N. 120E. 121E. 122E. Longitude, E. 圖 3.15 : S1 地盤水平向 Sa(T=1.0 秒)衰減律建立台灣地區 2500 年迴歸期等震 度圖。衰減律回歸採用幾何平均值，不考慮震度飽和條件。震度 單位為 g。. 3- 29.
(44) PGA(g);. UNC; RP=475 yrs.; Mo=4.5; Dmin=1.0km; Att.=Ca. 25N. Latitude, N. 24N. 23N. 22N. 120E. 121E. 122E. Longitude, E. 圖 3.16 : 由 S1 地盤之水平向 PGA 衰減律建立台灣地區 475 年迴歸期等震度 圖。PGA 衰減律回歸採用幾何平均值，考慮震度飽和條件。震度 單位為 g。. 3- 30.
(45) Sa(g); T=0.3 Sec.; UNC; RP=475 yrs.; Mo=4.5; Dmin=1.0km. 25N. Latitude, N. 24N. 23N. 22N. 120E. 121E. 122E. Longitude, E. 圖 3.17 : S1 地盤水平向 Sa(T=0.3 秒)衰減律建立台灣地區 475 年迴歸期等震 度圖。衰減律回歸採用幾何平均值，不考慮震度飽和條件。震度 單位為 g。. 3- 31.
(46) Sa(g); T=1.0 Sec.; UNC; RP=475 yrs.; Mo=4.5; Dmin=1.0km. 25N. Latitude, N. 24N. 23N. 22N. 120E. 121E. 122E. Longitude, E. 圖 3.18 : S1 地盤水平向 Sa(T=1.0 秒)衰減律建立台灣地區 475 年迴歸期等震 度圖。衰減律回歸採用幾何平均值，不考慮震度飽和條件。震度 單位為 g。. 3- 32.
(47) Sa(g); T=0.2 Sec.; UNC; RP=2500 yrs.; Mo=4.5; Dmin=1.0km. 25N. Latitude, N. 24N. 23N. 22N. 120E. 121E. 122E. Longitude, E. 圖 3.19 : S1 地盤水平向 Sa(T=0.2 秒)衰減律建立台灣地區 2500 年迴歸期等震 度圖。衰減律回歸採用幾何平均值，不考慮震度飽和條件。震度 單位為 g。. 3- 33.
(48) Sa(g); T=0.2 Sec.; UNC; RP=475 yrs.; Mo=4.5; Dmin=1.0km. 25N. Latitude, N. 24N. 23N. 22N. 120E. 121E. 122E. Longitude, E. 圖 3.20 : S1 地盤水平向 Sa(T=0.2 秒)衰減律建立台灣地區 475 年迴歸期等震 度圖。衰減律回歸採用幾何平均值，不考慮震度飽和條件。震度 單位為 g。. 3- 34.
(49) 符號說明： Mean ：選用 34 個堅硬地盤地震記錄之平均反應譜 DRSP ：由平均反應譜 T=0.3、1.0 秒控制點建立之簡化設計反應譜 SHA ：以反應譜衰減律進行危害度分析所得之簡化設計反應譜 ATC-40 ： ATC-40 定義之耐震需求曲線 2500 yrs.：回歸期為 2500 年之耐震需求(危害度曲線 PGA=0.3g) 475 yrs. ：回歸期為 475 年之耐震需求(危害度曲線 PGA=0.44g). Spectral Acceleration, (g). 1.5 ATC-40 2500 yrs.. Mean 2500 yrs.. ATC-40 475 yrs.. DRSP 2500 yrs. SHA 2500 yrs.. 1.0. Mean 475 yrs. DRSP 475 yrs. SHA 475 yrs.. 0.5. 0.0 0. 5. 10. 15. Spectral Displacement, (cm). 圖 3.21 : 不同回歸期耐震需求曲線比較. 3- 35. 20.
(50) 第四章 均布危害設計地震力與考慮區域近斷層效應之調整 4.1 均布危害設計地震力 耐震設計的設計地震力需求主要是以回歸期 475 年的地震水準為標的 來進行設計，相當於 50 年使用期限內具有 10%超越機率。另一方面，當 建築物採用隔震系統進行設計時，必須檢核隔震系統於最大考量地震下之 功能性，同時在決定近斷層調整因子時也必須使用到斷層最大規模潛勢與 最大考量地震之譜加速度比值。此所謂最大考量地震為 50 年使用期限內 具有 2%超越機率之地震，其回歸期為 2500 年。故有必要將工址所屬震區 短週期(以週期 0.3 秒為代表週期)與一秒週期之設計與最大水平譜加速度 係數一併列示。 台灣地區堅實地盤之震區設計與最大水平譜加速度係數分別根據 50 年 10%與 2%超越機率之均布危害度分析求得。均布危害度分析如第三章 所述，須考慮工址周圍約 200 公里以內過去發生地震之規模、震央、震源 深度以及活動斷層之地震規模潛勢，並利用地震水平地表加速度以及結構 水平譜加速度隨距離、地震規模變化之衰減律及其他地體構造等資料，經 複雜的或然率理論分析而得。由於要能較精細的將近斷層影響區域劃分出 來，必須進行震區微分化，故考慮之震區係直接以鄉、鎮、市等行政區域 為震區劃分單位，並以該行政區域之形心位置為代表點，進行均布危害度 分析。各行政區域之形心經緯度，以及相對應之震區短週期與一秒週期設 計水平譜加速度係數 S SD 與 S 1D ，與震區短週期與一秒週期之最大水平譜加 速度係數 S SM 與 S 1M 分別如表 4-1 所示。圖 4-1 至 4-4 分別表示台灣震區短 週期與一秒週期之設計與最大水平譜加速度係數分佈狀況。. 4.2 區域近斷層效應 針對近斷層區域而言，工址所屬震區之之震區短週期與一秒週期水平 譜加速度係數深受該斷層之特性以及工址與斷層距離之影響，若僅以鄉、 鎮、市等行政區域形心位置之均布危害度分析結果代表該行政區域所有工 址的震區水平譜加速度係數，將低估部分工址之震區水平譜加速度係數， 致使設計地震力不足以抵抗該斷層引發之近斷層地震。因此，必須藉助於 滿足特定斷層特性之譜加速度近斷層衰減公式定義近斷層調整因子 N A 與 N V ，進而修正近斷層工址之震區水平譜加速度係數，使合理估計近斷層建 築物之設計地震力。 茲以車籠埔斷層為例，說明考慮區域近斷層效應之必要性與調整法 則。圖 4-5 為近車籠埔斷層區域利用均布危害度分析之震區短週期設計水 平譜加速度係數 S SD 分佈圖，由圖中得知車籠埔斷層影響之震區包括苗栗縣 卓蘭鎮，台中市北屯區，台中縣石岡鄉、豐原市、東勢鎮、潭子鄉、新社 4-1.
(51) 鄉，太平市、大里市、霧峰鄉、南投縣國姓鄉、草屯鎮、南投市、中寮鄉、 名間鄉、集集鎮、鹿谷鄉、竹山鎮，彰化縣二水鄉，雲林縣斗六市與林內 鄉等共二十一個鄉鎮市，其中標駐〝＋〞之位置為該行政區域之形心位置。 將均布危害度分析所得之各鄉鎮市水平譜加速度係數 S SD 、 S 1D 、 S SM 與 S 1M ，對各鄉鎮市形心位置與車籠埔斷層之水平間距做圖，如圖 4-6 中之圓 點所示，其中距離大於零與小於零分別表示形心位置處於斷層之上盤與下 盤。由圖 4-6 可發現，均布危害度分析所得之水平譜加速度係數與斷層間 距之衰減趨勢不如預期，並產生距離愈近譜加速度值反而愈小之不合理現 象，因此實有必要利用滿足該斷層特性之譜加速度衰減公式予以調整。. 定義近斷層區域之震區短週期與一秒週期設計水平譜加速度係數 S SD 與 S1D ，以及震區短週期與一秒週期最大水平譜加速度係數 S SM 與 S1M 為 S SD = N A S SD0 S1D = N V S10D. S SM = N A S SM0 ; S1M = N V S10M. (4-1). 其中， S SD0 與 S10D 為該近斷層影響區域之震區短週期與一秒週期設計水平譜 加速度係數下限， S SM0 與 S10M 為該近斷層影響區域之震區短週期與一秒週期 最大水平譜加速度係數下限。利用斷層影響範圍內各鄉鎮市形心位置之均 布危害度分析結果，可平均求得此下限值，分別為 S SD0 = 0.75 g S10D = 0.36 g. ;. S SM0 = 0.93 g. (4-2). S10M = 0.56 g. 如圖 4-6 之虛線所示。 藉由 921 集集地震各測站測得之強地動資料，分別針對東西向與南北 向計算結構之水平向加速度反應譜，平均求得短週期區段(0.3 秒附近)之譜 加速度平台(以 SA,0.3 表示)，並針對中週期區段藉由 SA(T)=SA,1.0/T2/3 之譜加 速度公式，平均求得 SA,1.0。接著，再根據各測站與地表斷層破裂線的最短 距離(r)，分析求得近斷層短週期與一秒週期譜加速度均值 SA,0.3 與 SA,1.0 之 衰減公式為： S A,0.3 ( gal ) = 8.4867 − 0.8249 ln (r 2 + 6.0 2 ). 0.5. S A,1.0 ( gal ) = 7.9617 − 0.8077 ln (r 2 + 6.0 2 ). 0.5. (4-3). 其衰減趨勢如圖 4-7 所示，其中圓點代表各測站東西向與南北向譜加速度 之均值，而虛線為其回歸結果(4-3 式)。 依據 IBC2000 之精神，將短週期與一秒週期譜加速度均值之衰減公式 (4-3 式)乘以 1.5 倍，定義為車籠埔斷層於最大地震規模潛勢下之短週期與 一秒週期水平譜加速度 S S , Att (r ) 與 S1, Att (r ) ，如圖 4-7 之實線所示。此 1.5 倍 隱含一個均方誤差以及均值至垂直斷層方向之方位效應。因此，分別將短 週期與一秒週期水平譜加速度 S S , Att (r ) 與 S1, Att (r ) 與震區短週期與一秒週期 4-2.
(52) 最大水平譜加速度係數下限 S SM0 與 S10M 相比，可求得近斷層調整因子 N A 與 N V ，滿足 N A (r ) =. S S , Att ( r ) S SM0. S1, Att (r ). ≥ 1.0 ; N V (r ) =. S10M. ≥ 1.0. (4-4). 如圖 4-8 之虛線所示。近斷層調整因子 N A 與 N V 必須大於 1.0 的限制，表示 若依據衰減公式計算而得之水平譜加速度小於震區最大水平譜加速度係 數下限時，設計地震力應由均布危害度分析結果支配。 利用該近斷層區域之震區短週期與一秒週期設計水平譜加速度係數 下限 S SD0 與 S10D ，配合各工址之近斷層調整因子 N A 與 N V ，即可依據(4-1)式 修正求得震區短週期與一秒週期設計水平譜加速度係數 S SD 與 S1D。依據(4-1) 式調整之震區短週期與一秒週期最大水平譜加速度係數 S SM 與 S1M ，以及設 計水平譜加速度係數 S SD 與 S1D 如圖 4-6 之實線所示。由圖 4-6 可發現，經由 水平譜加速度係數下限與近斷層調整因子 N A 與 N V 調整後之譜加速度需 求，不但符合距離愈遠譜加速度值愈小之衰減趨勢，且在距離大於 5 公里 外之區域，與均布危害分析之結果一致。 最後，為便於規範定義與工程師查閱，將經由(4-4)式計算而得之近斷 層調整因子 N A 與 N V 予以線性定量化，如表 4-2 所示，工程師可逕行依據 工址與車籠埔斷層之水平間距，如圖 4-8 之實線所示般線性內差求值。. 4.3 近斷層區域之震區水平譜加速度係數 除了車籠埔斷層外，本報告針對獅潭斷層、屯子腳斷層、梅山斷層與 新化斷層等曾經引致大規模地震之斷層，利用該斷層影響範圍內各鄉鎮市 形心位置之均布危害度分析結果，平均求得震區短週期與一秒週期設計水 平譜加速度係數下限 S SD0 與 S10D ，以及震區短週期與一秒週期最大水平譜加 速度係數下限 S SM0 與 S10M ；並藉由可信之近斷層譜加速度衰減公式，推估滿 足該斷層特性之譜加速度衰減行為，計算近斷層調整因子 NA 與 NV，而依 據(4-1)式修正求得震區短週期與一秒週期設計水平譜加速度係數 S SD 與 S1D 。 本報告採用之近斷層譜加速度衰減公式為 Boore、Joyner 與 Fumal 等 人(BJF 1994)針對美西地區之堅硬地盤(B 類地盤)回歸而得，可推估近斷層 工址之 PGA 與譜加速度(結構週期 T=0.3 與 1.0 秒)需求之均值，而被 SEAOC 採行納入 UBC97。BJF 近斷層譜加速度衰減公式為 log10 ( SD) = BSA + a SS ⋅ GSS + a RS ⋅ GRS + b(M w − 6 ) + c(M w − 6 ). 2. [ (r. + d r 2 + h 2 + e log10. 2. )]. + h 2 + f (2.881 − log10 VB ). (4-5). 其中，SD 為地震力需求，可為 PGA、SA,0.3 或 SA,1.0，其單位為重力加速度 4-3.
(53) g；Mw 為地震力矩規模潛勢；r 為工址與斷層之水平間距，單位為公里； BSA 為將譜速度(cm/s)轉變為譜加速度(g)之轉換因子；GSS , GRS 為斷層種類 之旗標參數，針對滑移斷層時 GSS=1、GRS=0，而針對逆衝斷層時 GSS=0、 GRS=1， 而 aSS , aRS 則分別為滑移斷層與逆衝斷層之影響係數；h 為等效震源深度； VB 為堅硬地盤之等效剪力波波速；b、c、d、e、f 則為相關係數。各係數 之 值 如 表 4-3 定 義 。 應 用 (4-5) 式 時 ， 地 震 力 矩 規 模 潛 勢 必 須 滿 足 5.5≤Mw≤7.7，且工址與斷層之水平間距小於 100 公里。 另一方面，為反映一個均方誤差以及均值至垂直斷層方向之方位效 應，必須將(4-5)式預測之譜加速度均值乘以適當倍數，以獲得最大地震規 模潛勢下之短週期與一秒週期水平譜加速度 S S , Att (r ) 與 S1, Att (r )。藉由 921 集 集地震(Mw=7.6、逆衝斷層)之觀測結果，發現若將 BJF 衰減公式推估之短 BJF 週期譜加速度( S ABJF , 0.3 )乘以 1.1 倍，一秒週期之譜加速度( S A ,1.0 )乘以 1.3 倍， 則其衰減趨勢與近車籠埔斷層觀測結果之短週期譜加速度 SS,Att 與 S1,Att 相 符，如圖 4-9 所示。因此，本報告將藉由 BJF 衰減公式推估特定斷層短週 期與一秒週期之譜加速度均值，並分別乘以 1.1 倍與 1.3 倍，定義為該斷 層 最 大 地 震 規 模 潛 勢 下 之 短 週 期 與 一 秒 週 期 水 平 譜 加 速 度 S S , Att (r ) 與 S1, Att (r ) 。 4.3.1 獅潭斷層 圖 4-10 為近獅潭斷層區域，利用均布危害度分析之震區短週期設計水 平譜加速度係數 S SD 分佈圖，由圖中得知獅潭斷層影響之震區包括新竹縣峨 眉鄉、北埔鄉，苗栗縣三灣鄉、造橋鄉、頭屋鄉、南庄鄉、獅潭鄉、公館 鄉、泰安鄉以及大湖鄉等共十個鄉鎮市。利用斷層影響範圍內各鄉鎮市形 心位置之均布危害度分析結果，可平均求得近斷層影響區域之震區短週期 與一秒週期設計水平譜加速度係數下限 S SD0 與 S10D ，以及震區短週期與一秒 週期最大水平譜加速度係數下限 S SM0 與 S10M ，分別為 S SD0 = 0.69 g S10D = 0.28 g. ;. S SM0 = 0.89 g. (4-6). S10M = 0.45 g. 獅潭斷層為一逆衝斷層，推估其最大地震力矩規模為 MW=7.0，因此， 藉由(4-5)式之 BJF 衰減公式推估短週期與一秒週期之譜加速度均值，並分 別乘以 1.1 倍與 1.3 倍，定義為該斷層最大地震規模潛勢下之短週期與一 秒週期水平譜加速度 S S , Att (r ) 與 S1, Att (r ) 。再藉由(4-4)式，分別將 S S , Att (r ) 與 S1, Att (r ) 和震區短週期與一秒週期最大水平譜加速度係數下限 S SM0 與 S10M 相. 比，可求得近斷層調整因子 N A 與 NV 。最後，將近斷層調整因子 N A 與 NV 予 以線性定量化，如表 4-4 所示，工程師可逕行依據工址與獅潭斷層之水平 4-4.
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