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 版結構分析軟體進行耐震能力評估。目前鋼筋混凝土建築物之耐震能力詳細評估，大都依據內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畫成果報告內之詳細評估法。民國 92 年 2 月臺灣省結構工程技師公會編著出版鋼筋混凝土建築物耐震能力評估手冊及評估應用程式 TSRC1，配合 ETABS6.2 版結構分析程式，使評估流程及使用更為簡便。個人有感於近年來 ETABS 已更新版本多時，為能使評估程式亦能

2、與新版 ETABS 相結合，撰寫了相關視窗版程式，希望使鋼筋混凝土建築物耐震能力詳評更有效率，節省詳評的時間。 1. 耐震設計法規耐震設計法規耐震設計法規耐震設計法規 早期耐震設計規範較不完備，建築技術規則自 63 年 2 月頒佈以後才開始有地震力相關規定，在此之前的耐震設計並無規定。到了 71 年 6 月， 建築技術規則有關地震力及鋼筋混凝土結構物的韌性設計做了大幅度的修正。78 年 5 月根據 75 年 11 月 15 日地震的研究發現，對臺北盆地的震力係數做了修正。86 年 5 月頒佈建築物耐震設計規範，地震力的相關規定及計算更趨精準。 ? 民國 63 年，建築技術規則開始規範建築物結構

3、設計需將地震力作用納入考量，V=KCW。 ? 民國 71 年，建築技術規則對於地震力及鋼筋混凝土結構物的韌性設計，做了大幅度的修正，於地震力加入重要係數 I，針對建築物用途之耐震力做區隔，V=ZKCIW。 ? 民國 86 年，建築物耐震設計規範公佈，大幅改變地震力計算方式使地震力的計算更為精準，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，重新調整震區劃分及震譜修正。 ? 民國 95 年 1 月更導入地震危害度之觀念重新修正設計地震力，考慮地震微分區及近斷層效應。V=muaDyFSI4 . 1W。 ? 以臺南市某

4、大學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 年規範 86 年規範 96 年修訂規範 V=0.150W V=0.137W V=0.198W 2. 耐震能力評估標準耐震能力評估標準耐震能力評估標準耐震能力評估標準 SaD：工址設計水平譜加速度係數，為工址水平向之設計譜加速度與重力加速度 g 之比值。代表結構物在設計地震所引致的工址絕對水平譜加速度係數，代表之意罳為 86 年版規範年版規範年版規範年版規範中工址水平加速度係數 Z 與工址正規化正規化正規化正規化水平加速度反應譜係數 C 之乘積，即 SaD =ZC

5、各類地盤水平向正規化加速度反應譜係數與週期之關係 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 規範表規範表規範表規範表 2-1 規範表規範表規範表規範表 2-2 臺南市臺南市臺南市臺南市 DSS DS1 MSS MS1 aF vF 東區東區東區東區 0.7 0.4 0.9 0.5 1.1 1.6 DSS：震區短週期與之設計水平譜加速度係數 DS1：震區一秒週期設計水平譜加速度係數 MSS：震區短週期之最大考量水平譜加速度係數 MS1：震區一秒週期之最大考量水平譜加速度係數 - 4 - 2008/8/28 規範表 2-2(a) 短週期結構之工址放大係數 Fa (線性內插求值) 震區短週期水平譜加速度係

8、數 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 規範表 2-2(b) 長週期結構之工址放大係數Fv (線性內插求值) 震區一秒週期水平譜加速度係數 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 1

9、.7 1.6 1.5 1.4 8 . 099. 0;64. 077. 01111=MvMMSaMSDvDDSaDSSFSSFSSFSSFS 規範(2-4) Z=0.4SDS =0.4*0.77 =0.308 建築物用途係數建築物用途係數建築物用途係數建築物用途係數 I = 1.25 耐震評估標準耐震評估標準耐震評估標準耐震評估標準 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，內政部先後完成兩個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 、 詳細評估法及詳細分析評估法等三種評估方法。 i. 初步評估法：假設其破壞為建物最底層之剪力破壞，無法反應真正的結構破壞行為。 ii. 詳細評估法：依據形狀係數、經年係數、韌性係數及降伏後地表加速度詳細計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、迴轉牆等 8 種，根據不同的破壞模式各有其對應之韌性指標，最後可計算出建物之崩塌地表加速度值。 iii. 詳細分析評估法：採非線性結構分析的方式，較為繁雜耗時。 (2) 民國 88 年 12 月，內政部建築研究所出

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畫成果報告，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行詳細評估之依據，仍無法直接提供補強設計之用。 1. 初步評估表：以建物之設計年度、地盤種類、工址震區加速度係數、地下室面積比、基礎型式、基地土壤承載力、梁之跨深比、柱之高深比、牆量指標、窗臺或氣窗造成短柱嚴重性、磚牆造成短梁嚴重性、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。將各項權數乘以配分可得到各項之危險度評分 ， 如果危險度評分大於 60 分則該建物耐震能力確有疑慮，應立即進行詳細評估，介於 30 至 60 分之間者，表示其耐震能力有疑慮，近期宜進行詳細評估評估，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為震區水平加速度係數 Z 乘以 F1到 F8之係數值。這些係數考慮的因素包括最新耐震設計規範規定之最小水平橫力 、 設計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、非結構牆、結構平面、立面、屋齡及現有缺陷等等。其中 F1主要係反映

13、建築物之強度，F2 、F3 及 F4係反映建築物之韌性，F5 及 F6係反映磚牆與剪力牆之效應，F7反映建築物的規則性，F8反映建築物的現有缺陷。 ii. 詳細評估法：需配合結構分析程式（如 ETABS 等）先進行地表加速度為 0.1g 之彈性地震力分析以獲得構件之內力，再據此及各構件之實際尺寸及配筋，評估各構件之破壞模式及其對應之韌性比。在計算每一半樓層柱之剪力強度及韌性比時，同樣也需檢討每一節點之內力平衡，以判斷是柱先破壞或樑先破壞。根據各半層之剪力強度與 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，再乘上結構系統之地震力折減係數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) 純構架系統不含後填剪力牆或斜撐純構架系統不含後填剪力牆或斜撐純構架系統不含後填剪力牆或斜撐純構架系統不含後填剪力牆或斜撐 i. D+0.5L+(E=0.1g)，執行 ETABS 6.2 之分析結果： 【檔案名稱.frm】 、【檔案名稱.eko】 ii. 執行 FORETAB 產生柱內力檔【檔案名稱.CLL】 、梁內力檔【檔案名稱.BMM】 、斜撐內力檔【檔案名稱.BRR】及剪力牆內力檔【檔案名稱.WAA】 。FORETAB

15、會問由 1 個或 2 個檔案讀取內力 ， 選 1。 iii. 準備欲評估建築物之 X 方向之輸入檔資料。 iv. 執行 TSRC3，進行 X 向耐震能力之評估，執行後會得到兩個輸出檔【檔案名稱.OU1】及【檔案名稱.OU2】 。 v. 依照前述步驟 3 及 4 項進行 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)，分兩次執行 ETABS 6.2 進行分析，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. 執行 FORETAB 產生柱內力檔【檔案名稱.CLL】 、梁內力檔【檔案名稱.BMM】 、斜撐內力檔【檔案名稱.BRR】及剪力牆內力檔【檔案名稱.WAA】 。FORETAB 會問由 1 個或 2 個檔案讀取內力 ， 選 2。 iii. 準備欲評估建築物之 X 方向之輸入檔資料。 iv. 執行 TSRC3，進行 X 向耐震能力之評估，執行後會得到兩個輸出檔【檔案名稱.OU1】及【檔案名稱.OU2】 。 v. 依照前述步驟 3 及 4 項進行 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 TSRC

17、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例說明及範例說明及範例說明及範例說明 為方便說明，本文以一 3 跨 4 層 RC 純架構建築物為例。 1C11C21C11C21C21C21C11C12G12B12B12G22B22B22G22B12B12G12C12C12C22C22C22C22C12C13G13B13B13G23B23B23G23B13B13G13C13C13C23C23C23C23C13C14G14B14B14G24B24B24G24B14G14B14C14C14C24C24C24C14C24C1RG1RB1RB1RG2RB

18、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、的重量是因為 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 計算 Mass。Lump Lateral Mass at Story Levels 選項要打勾。 - 13 - 2008/8/28 4. ETABS 分析結果 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 將樑柱斷面轉成 e2k 格式。 1. 輸入 ETABS 之載重名稱，地震力之方向，產生之評估輸入檔名稱及規範經驗公式計算之自振週期。 - 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 i

22、ii. 執行 ETABSmdb.exe 產生 Model.CLL Model.BMM ModelXi.txt ModelYi.txt . - 19 - 2008/8/28 iv. 執行 Tsrc1_3.EXE 進行評估，X 向評估輸入 AEX1x1.txt、AEX1x1；Y 向評估輸入 AEX1y1.txt、AEX1y1。 評估結果之輸出檔為*.ou1 *.ou4。 * * 房屋建築結構崩塌地表加速度評估程式 * * TS-RC1 * * 臺灣省結構工程技師公會 * * 耐震評估小組 * * 版本:2004_3(第 4 次修正) * * 發行:05/15/2004 * * DATE:08/22

23、/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. 結語結語結語結語 採用新版 ETABS 結構程式軟體及 EXCEL 等工具，對評估的程序確實可以更有效率，但因為受限於程式開發的時間及個人的能力，因此使用者仍應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，敬祈各位先進不吝匡正指教。 參考文獻 1 內政部營建署及建築研究所，建築物耐震設計規則及解說，1997。 2 內政部營建署，建築物耐震設計規則及解說，2006。 3 內政部建築研究所，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 臺灣省結構工程技師公會，鋼筋混凝土建築物耐震能力評估手冊，2003。 6 陳惠萱， 結構耐震補強之建築設計研究 ，國立成功大學建築研究所碩士論文，2008。