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1、 - 1 - 2008/8/28 鋼筋混凝土建築物耐震能力評估法及推廣程式使用案例介紹 本文簡介鋼筋混凝土建築物耐震能力評估法及如何配合 ETABS 8.x 版結(jié)構(gòu)分析軟體進(jìn)行耐震能力評估。目前鋼筋混凝土建築物之耐震能力詳細(xì)評估，大都依據(jù)內(nèi)政部建築研究所於民國 88 年 12 月印行之鋼筋混凝土建築物耐震能力評估法及推廣專題研究計(jì)畫成果報(bào)告內(nèi)之詳細(xì)評估法。民國 92 年 2 月臺(tái)灣省結(jié)構(gòu)工程技師公會(huì)編著出版鋼筋混凝土建築物耐震能力評估手冊及評估應(yīng)用程式 TSRC1，配合 ETABS6.2 版結(jié)構(gòu)分析程式，使評估流程及使用更為簡便。個(gè)人有感於近年來 ETABS 已更新版本多時(shí)，為能使評估程式亦能2、與新版 ETABS 相結(jié)合，撰寫了相關(guān)視窗版程式，希望使鋼筋混凝土建築物耐震能力詳評更有效率，節(jié)省詳評的時(shí)間。 1. 耐震設(shè)計(jì)法規(guī)耐震設(shè)計(jì)法規(guī)耐震設(shè)計(jì)法規(guī)耐震設(shè)計(jì)法規(guī) 早期耐震設(shè)計(jì)規(guī)範(fàn)較不完備，建築技術(shù)規(guī)則自 63 年 2 月頒佈以後才開始有地震力相關(guān)規(guī)定，在此之前的耐震設(shè)計(jì)並無規(guī)定。到了 71 年 6 月， 建築技術(shù)規(guī)則有關(guān)地震力及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的韌性設(shè)計(jì)做了大幅度的修正。78 年 5 月根據(jù) 75 年 11 月 15 日地震的研究發(fā)現(xiàn)，對臺(tái)北盆地的震力係數(shù)做了修正。86 年 5 月頒佈建築物耐震設(shè)計(jì)規(guī)範(fàn)，地震力的相關(guān)規(guī)定及計(jì)算更趨精準(zhǔn)。 ? 民國 63 年，建築技術(shù)規(guī)則開始規(guī)範(fàn)建築物結(jié)構(gòu)3、設(shè)計(jì)需將地震力作用納入考量，V=KCW。 ? 民國 71 年，建築技術(shù)規(guī)則對於地震力及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的韌性設(shè)計(jì)，做了大幅度的修正，於地震力加入重要係數(shù) I，針對建築物用途之耐震力做區(qū)隔，V=ZKCIW。 ? 民國 86 年，建築物耐震設(shè)計(jì)規(guī)範(fàn)公佈，大幅改變地震力計(jì)算方式使地震力的計(jì)算更為精準(zhǔn)，加入建築物本身韌性考量，V=muyFCZI4 . 1W。 - 2 - 2008/8/28 ? 民國 89 年於 921 地震後，重新調(diào)整震區(qū)劃分及震譜修正。 ? 民國 95 年 1 月更導(dǎo)入地震危害度之觀念重新修正設(shè)計(jì)地震力，考慮地震微分區(qū)及近斷層效應(yīng)。V=muaDyFSI4 . 1W。 ? 以臺(tái)南市某4、大學(xué)某棟民國八十六年建造八十六年建造八十六年建造八十六年建造之建物為例6 民國 71 年至 96 年之最小水平地震總橫力比較 71 年規(guī)範(fàn) 86 年規(guī)範(fàn) 96 年修訂規(guī)範(fàn) V=0.150W V=0.137W V=0.198W 2. 耐震能力評估標(biāo)準(zhǔn)耐震能力評估標(biāo)準(zhǔn)耐震能力評估標(biāo)準(zhǔn)耐震能力評估標(biāo)準(zhǔn) SaD：工址設(shè)計(jì)水平譜加速度係數(shù)，為工址水平向之設(shè)計(jì)譜加速度與重力加速度 g 之比值。代表結(jié)構(gòu)物在設(shè)計(jì)地震所引致的工址絕對水平譜加速度係數(shù)，代表之意罳為 86 年版規(guī)範(fàn)年版規(guī)範(fàn)年版規(guī)範(fàn)年版規(guī)範(fàn)中工址水平加速度係數(shù) Z 與工址正規(guī)化正規(guī)化正規(guī)化正規(guī)化水平加速度反應(yīng)譜係數(shù) C 之乘積，即 SaD =ZC 5、各類地盤水平向正規(guī)化加速度反應(yīng)譜係數(shù)與週期之關(guān)係 C 值 地盤種類 極短週期 較短週期 短週期 中週期 長週期 第一類地盤 T 0.03秒 C = 1.0 0.03秒 T 0.15 秒 C = 12.5T + 0.625 0.15秒 T 0.333 秒 C = 2.5 0.333秒 T 1.315 秒 C = 1.2 /T 2 / 3 T 1.315秒 C = 1.0 第二類地盤 T 0.03秒 C = 1.0 0.03秒 T 0.15 秒 C = 12.5T + 0.625 0.15秒 T 0.465 秒 C = 2.5 0.465秒 T 1.837 秒 C = 1.5/T 2 / 3 T 6、1.837 秒 C = 1.0 第三類地盤 T 0.03秒 C = 1.0 0.03秒 T 0.2 秒 C = 8.824T + 0.7352 0.2 秒 T 0.611秒 C = 2.5 0.611秒 T 2.415 秒 C = 1.8 /T 2 / 3 T 2.415 秒 C = 1.0 臺(tái)北盆地 T 0.03秒 C = 1.0 0.03秒 T 0.2 秒 C = 5.882T + 0.824 0.2 秒 T 1.65 秒 C = 2.0 1.65 秒 T 3.3 秒 C = 3.3/T T 3.3 秒 C = 1.0 - 3 - 2008/8/28 00.511.522.533.500.7、511.522.53T (sec)C Site 1Site 2Site 3Teipei 規(guī)範(fàn)表規(guī)範(fàn)表規(guī)範(fàn)表規(guī)範(fàn)表 2-1 規(guī)範(fàn)表規(guī)範(fàn)表規(guī)範(fàn)表規(guī)範(fàn)表 2-2 臺(tái)南市臺(tái)南市臺(tái)南市臺(tái)南市 DSS DS1 MSS MS1 aF vF 東區(qū)東區(qū)東區(qū)東區(qū) 0.7 0.4 0.9 0.5 1.1 1.6 DSS：震區(qū)短週期與之設(shè)計(jì)水平譜加速度係數(shù) DS1：震區(qū)一秒週期設(shè)計(jì)水平譜加速度係數(shù) MSS：震區(qū)短週期之最大考量水平譜加速度係數(shù) MS1：震區(qū)一秒週期之最大考量水平譜加速度係數(shù) - 4 - 2008/8/28 規(guī)範(fàn)表 2-2(a) 短週期結(jié)構(gòu)之工址放大係數(shù) Fa (線性內(nèi)插求值) 震區(qū)短週期水平譜加速度係8、數(shù) SS (DSS或MSS) 地盤分類 SS0.5 SS=0.6 SS=0.7 SS=0.8 SS0.9 第一類地盤 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 第二類地盤 1.1 1.1 1.0 1.0 1.0 第三類地盤 1.2 1.2 1.1 1.0 1.0 規(guī)範(fàn)表 2-2(b) 長週期結(jié)構(gòu)之工址放大係數(shù)Fv (線性內(nèi)插求值) 震區(qū)一秒週期水平譜加速度係數(shù) S1 (DS1或MS1) 地盤分類 S10.30 S1=0.35 S1=0.40 S1=0.45 S10.50 第一類地盤 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 第二類地盤 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 第三類地盤 1.8 19、.7 1.6 1.5 1.4 8 . 099. 0;64. 077. 01111=MvMMSaMSDvDDSaDSSFSSFSSFSSFS 規(guī)範(fàn)(2-4) Z=0.4SDS =0.4*0.77 =0.308 建築物用途係數(shù)建築物用途係數(shù)建築物用途係數(shù)建築物用途係數(shù) I = 1.25 耐震評估標(biāo)準(zhǔn)耐震評估標(biāo)準(zhǔn)耐震評估標(biāo)準(zhǔn)耐震評估標(biāo)準(zhǔn) Ac =ZI =0.385g - 5 - 2008/8/28 3. 耐震能力評估法耐震能力評估法耐震能力評估法耐震能力評估法 (1) 民國 80 年及 85 年，內(nèi)政部先後完成兩個(gè)版本之耐震評估手冊。85 年出版之既有鋼筋混凝土建築物耐震能力評估手冊 ，係以崩塌地表10、加速度Ac 來代表建物之耐震能力，共分初步評估法 、 詳細(xì)評估法及詳細(xì)分析評估法等三種評估方法。 i. 初步評估法：假設(shè)其破壞為建物最底層之剪力破壞，無法反應(yīng)真正的結(jié)構(gòu)破壞行為。 ii. 詳細(xì)評估法：依據(jù)形狀係數(shù)、經(jīng)年係數(shù)、韌性係數(shù)及降伏後地表加速度詳細(xì)計(jì)算建物各層兩主軸方向之崩塌地表加速度，其破壞模式共分極脆性柱、剪力柱、剪力牆、撓性柱、撓曲牆、撓曲樑控制型之柱、剪力樑控制型之柱、迴轉(zhuǎn)牆等 8 種，根據(jù)不同的破壞模式各有其對應(yīng)之韌性指標(biāo)，最後可計(jì)算出建物之崩塌地表加速度值。 iii. 詳細(xì)分析評估法：採非線性結(jié)構(gòu)分析的方式，較為繁雜耗時(shí)。 (2) 民國 88 年 12 月，內(nèi)政部建築研究所出11、版鋼筋混凝土建築物耐震能力評估法及推廣專題研究計(jì)畫成果報(bào)告，將鋼筋混凝土建築物耐震能力評估分成初步評估與詳細(xì)評估兩種層次。 i. 初步評估法 基本上初步評估法係針對建築物整體做一簡單的評估，只能做為初步判定建物是否需進(jìn)行詳細(xì)評估之依據(jù)，仍無法直接提供補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)之用。 1. 初步評估表：以建物之設(shè)計(jì)年度、地盤種類、工址震區(qū)加速度係數(shù)、地下室面積比、基礎(chǔ)型式、基地土壤承載力、梁之跨深比、柱之高深比、牆量指標(biāo)、窗臺(tái)或氣窗造成短柱嚴(yán)重性、磚牆造成短梁嚴(yán)重性、軟弱層顯著性、平面對稱性、立面對稱性、變形程度、裂縫銹蝕滲水等程度、屋齡及屋頂加載程度等 18 - 6 - 2008/8/28 項(xiàng)影響耐震能力最重要12、的因素有不同配分，總分為 100 分。將各項(xiàng)權(quán)數(shù)乘以配分可得到各項(xiàng)之危險(xiǎn)度評分 ， 如果危險(xiǎn)度評分大於 60 分則該建物耐震能力確有疑慮，應(yīng)立即進(jìn)行詳細(xì)評估，介於 30 至 60 分之間者，表示其耐震能力有疑慮，近期宜進(jìn)行詳細(xì)評估評估，若低於 30 分，則表示目前該建物耐震能力尚無疑慮。 2. 簡單計(jì)算耐震能力初步評估法：受評估建築物之耐震能力 Ac為震區(qū)水平加速度係數(shù) Z 乘以 F1到 F8之係數(shù)值。這些係數(shù)考慮的因素包括最新耐震設(shè)計(jì)規(guī)範(fàn)規(guī)定之最小水平橫力 、 設(shè)計(jì)使用之最小水平橫力、樑破壞模式、柱圍束箍筋、柱高深比、剪力牆、非結(jié)構(gòu)牆、結(jié)構(gòu)平面、立面、屋齡及現(xiàn)有缺陷等等。其中 F1主要係反映13、建築物之強(qiáng)度，F(xiàn)2 、F3 及 F4係反映建築物之韌性，F(xiàn)5 及 F6係反映磚牆與剪力牆之效應(yīng)，F(xiàn)7反映建築物的規(guī)則性，F(xiàn)8反映建築物的現(xiàn)有缺陷。 ii. 詳細(xì)評估法：需配合結(jié)構(gòu)分析程式（如 ETABS 等）先進(jìn)行地表加速度為 0.1g 之彈性地震力分析以獲得構(gòu)件之內(nèi)力，再據(jù)此及各構(gòu)件之實(shí)際尺寸及配筋，評估各構(gòu)件之破壞模式及其對應(yīng)之韌性比。在計(jì)算每一半樓層柱之剪力強(qiáng)度及韌性比時(shí)，同樣也需檢討每一節(jié)點(diǎn)之內(nèi)力平衡，以判斷是柱先破壞或樑先破壞。根據(jù)各半層之剪力強(qiáng)度與 0.1g 彈性地震力分析之層剪力就可算得該層之降伏地表加速度，再乘上結(jié)構(gòu)系統(tǒng)之地震力折減係數(shù)就可得該層之耐震能力 Ac。 - 7 - 14、2008/8/28 4. 評估程式評估程式評估程式評估程式 TSRC1_3 配合配合配合配合 ETABS 6.2 版之使用流程版之使用流程版之使用流程版之使用流程 (1) 純構(gòu)架系統(tǒng)不含後填剪力牆或斜撐純構(gòu)架系統(tǒng)不含後填剪力牆或斜撐純構(gòu)架系統(tǒng)不含後填剪力牆或斜撐純構(gòu)架系統(tǒng)不含後填剪力牆或斜撐 i. D+0.5L+(E=0.1g)，執(zhí)行 ETABS 6.2 之分析結(jié)果： 【檔案名稱.frm】 、【檔案名稱.eko】 ii. 執(zhí)行 FORETAB 產(chǎn)生柱內(nèi)力檔【檔案名稱.CLL】 、梁內(nèi)力檔【檔案名稱.BMM】 、斜撐內(nèi)力檔【檔案名稱.BRR】及剪力牆內(nèi)力檔【檔案名稱.WAA】 。FORETAB 15、會(huì)問由 1 個(gè)或 2 個(gè)檔案讀取內(nèi)力 ， 選 1。 iii. 準(zhǔn)備欲評估建築物之 X 方向之輸入檔資料。 iv. 執(zhí)行 TSRC3，進(jìn)行 X 向耐震能力之評估，執(zhí)行後會(huì)得到兩個(gè)輸出檔【檔案名稱.OU1】及【檔案名稱.OU2】 。 v. 依照前述步驟 3 及 4 項(xiàng)進(jìn)行 Y 向之耐震能力評估。 (2) 含後填剪力牆或斜撐含後填剪力牆或斜撐含後填剪力牆或斜撐含後填剪力牆或斜撐 i. D+0.5L+(E=0.1g)，分兩次執(zhí)行 ETABS 6.2 進(jìn)行分析，第 1 次不含後填剪力牆及斜撐，第 2 次則包含後填剪力牆及斜撐。分析結(jié)果：【檔案名稱 1.frm】 、 【檔案名稱 1.eko】及【檔案名稱 16、2.frm】 、 【檔案名稱 2.eko】 ii. 執(zhí)行 FORETAB 產(chǎn)生柱內(nèi)力檔【檔案名稱.CLL】 、梁內(nèi)力檔【檔案名稱.BMM】 、斜撐內(nèi)力檔【檔案名稱.BRR】及剪力牆內(nèi)力檔【檔案名稱.WAA】 。FORETAB 會(huì)問由 1 個(gè)或 2 個(gè)檔案讀取內(nèi)力 ， 選 2。 iii. 準(zhǔn)備欲評估建築物之 X 方向之輸入檔資料。 iv. 執(zhí)行 TSRC3，進(jìn)行 X 向耐震能力之評估，執(zhí)行後會(huì)得到兩個(gè)輸出檔【檔案名稱.OU1】及【檔案名稱.OU2】 。 v. 依照前述步驟 3 及 4 項(xiàng)進(jìn)行 Y 向之耐震能力評估。 - 8 - 2008/8/28 5. 評估程式評估程式評估程式評估程式 TSRC17、1_3 配合配合配合配合 ETABS 8.x 版之使用流程版之使用流程版之使用流程版之使用流程及範(fàn)例說明及範(fàn)例說明及範(fàn)例說明及範(fàn)例說明 為方便說明，本文以一 3 跨 4 層 RC 純架構(gòu)建築物為例。 1C11C21C11C21C21C21C11C12G12B12B12G22B22B22G22B12B12G12C12C12C22C22C22C22C12C13G13B13B13G23B23B23G23B13B13G13C13C13C23C23C23C23C13C14G14B14B14G24B24B24G24B14G14B14C14C14C24C24C24C14C24C1RG1RB1RB1RG2RB18、2RB2RG2RB1RB1RG1XYXZYZ X1X2X3X4Y1Y22G12G22G22G12B12B22B12B12B22B1XY 平面圖 - 9 - 2008/8/28 4C14C24C24C1RB1RB2RB13C13C23C23C14B14B24B12C12C22C22C13B13B23B11C11C21C21C12B12B22B1XZ XZ 立面圖 4C14C1RG13C13C14G12C12C13G11C11C12G1YZ YZ 立面圖 - 10 - 2008/8/28 (1) ETABS 8.x + ETABSmdb + TSRC1_3 RC 耐震能力評估步驟說明 評估的步驟如19、下： i. 建立 ETABS 8.x Model，如下圖 AEX1.EDB。輸入靜載重、活載重及地震力。Modal 分析之週期可輸入到 Model.xls 算 C 值。求得之 ZC = 0.1C 輸入 ETABS user coefficient 算地震力。地震力之名稱須與評估用之 Model.xls 輸入一致。 - 11 - 2008/8/28 1. ETABS model 配筋不用輸入，但是梁柱編號必須與圖面一致，以便 ETABSmdb 程式後處理。 2. 地震力輸入：用 ETABS USER COEFF QUAKE LOAD ，重量、BASE SHEAR 跟手算的(EX1)差不多，多出來20、的重量是因?yàn)?ETABS 沒扣樑柱及梁版接頭的重量。 - 12 - 2008/8/28 3. Define Mass Source 可以令 ETABS 從 Dead Load 計(jì)算 Mass。Lump Lateral Mass at Story Levels 選項(xiàng)要打勾。 - 13 - 2008/8/28 4. ETABS 分析結(jié)果 Export as Access Database File。 - 14 - 2008/8/28 ii. 用 Excel 建立 Model.xls ，輸入配筋表及地盤、樓高、評估樓層等(樓層名稱須與 model 相同，斷面名稱須與 section 的命名一致)。建21、議先用 ETABSmdb.exe 將樑柱斷面轉(zhuǎn)成 e2k 格式。 1. 輸入 ETABS 之載重名稱，地震力之方向，產(chǎn)生之評估輸入檔名稱及規(guī)範(fàn)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算之自振週期。 - 15 - 2008/8/28 2. 輸入地盤類型、樓高、評估之樓層及 ETABS 模態(tài)分析所得之自振週期。 - 16 - 2008/8/28 3. 用 Excel 輸入柱斷面尺寸 、 配筋表 ， 編號名稱必須與圖面一致 。 - 17 - 2008/8/28 4. 輸入樑斷面尺寸、配筋表，梁編號必須與圖面一致，小樑可用SB, SG 來表示。如樑斷面右端與左端一致可省略。雙層筋以”+”分開。 - 18 - 2008/8/28 i22、ii. 執(zhí)行 ETABSmdb.exe 產(chǎn)生 Model.CLL Model.BMM ModelXi.txt ModelYi.txt . - 19 - 2008/8/28 iv. 執(zhí)行 Tsrc1_3.EXE 進(jìn)行評估，X 向評估輸入 AEX1x1.txt、AEX1x1；Y 向評估輸入 AEX1y1.txt、AEX1y1。 評估結(jié)果之輸出檔為*.ou1 *.ou4。 * * 房屋建築結(jié)構(gòu)崩塌地表加速度評估程式 * * TS-RC1 * * 臺(tái)灣省結(jié)構(gòu)工程技師公會(huì) * * 耐震評估小組 * * 版本:2004_3(第 4 次修正) * * 發(fā)行:05/15/2004 * * DATE:08/2223、/2008 TIME:15:26:00 *Project Name : AEX1X1.txt LEVEL | Vf(t) R Ra Fu Ay(g) Ac(g)| Ve(t) ay - RF above| .0 .00 .00 .50 .000 10.000| .0 .000 RF below| 138.3 3.27 2.13 2.13 .335 .714| 41.3 3.347 4F above| 70.8 3.91 2.45 2.45 .171 .420| 41.3 1.713 4F below| 132.8 3.88 2.44 2.44 .170 .416| 78.0 1.703 3F 24、above| 122.7 5.00 3.00 3.00 .157 .472| 78.0 1.573 3F below| 161.3 5.00 3.00 3.00 .157 .472| 102.5 1.574 2F above| 132.6 3.27 2.13 2.13 .129 .276| 102.5 1.294 2F below| 146.7 3.27 2.13 2.13 .128 .273| 114.7 1.279 BASELINE above| 200.3 2.82 1.91 1.91 .175 .333| 114.7 1.746 BASELINE below| .0 .00 .00 .25、50 .000 10.000| .0 .000 - * Minimum Ac= .2727 g at 2F (below the Level)* - 20 - 2008/8/28 6. 結(jié)語結(jié)語結(jié)語結(jié)語 採用新版 ETABS 結(jié)構(gòu)程式軟體及 EXCEL 等工具，對評估的程序確實(shí)可以更有效率，但因?yàn)槭芟揿冻淌介_發(fā)的時(shí)間及個(gè)人的能力，因此使用者仍應(yīng)對鋼筋混凝土建築物耐震能力評估法有充分的瞭解，疏漏之處，敬祈各位先進(jìn)不吝匡正指教。 參考文獻(xiàn) 1 內(nèi)政部營建署及建築研究所，建築物耐震設(shè)計(jì)規(guī)則及解說，1997。 2 內(nèi)政部營建署，建築物耐震設(shè)計(jì)規(guī)則及解說，2006。 3 內(nèi)政部建築研究所，既有鋼筋混凝土建築物耐震能力評估手冊，1996。 4 內(nèi)政部建築研究所，鋼筋混凝土建築物耐震能力評估法及推廣，1999。 5 臺(tái)灣省結(jié)構(gòu)工程技師公會(huì)，鋼筋混凝土建築物耐震能力評估手冊，2003。 6 陳惠萱， 結(jié)構(gòu)耐震補(bǔ)強(qiáng)之建築設(shè)計(jì)研究 ，國立成功大學(xué)建築研究所碩士論文，2008。