Essence:SeismicDesignCode:03

耐震設計規範研究社群

建築物耐震設計規範之修正建議 ：

1.建築物地下部份之設計水平地震力及垂直地震力

2.建築物之間隔

3.韌性容量

4.週期上限係數CU值

5.液化潛能判定所採用之地表水平加速度

6.液化潛能判定所採用之地震規模

1.建築物地下部份之設計水平地震力及垂直地震力修正建議

為解釋地下部份之設計水平地震力及垂直地震力之修正目的，首先從規範定義之基本設計原則說明起。

A.設計基本原則說明

建築物耐震設計規範第1.2節中針對耐震基本設計原則，有以下之規定：

1.2耐震設計基本原則

本規範耐震設計之基本原則，係使建築物結構體在中小度地震時保持在彈性限度內，設計地震時容許產生塑性變形。但韌性需求不得超過容許韌性容量，最大考量地震時則使用之韌性可以達規定之韌性容量。 依照此部份之規定及規範解說部分，可知此版規範為準性能設計，各層級之地震水準可歸納如下表：

地震水準 中小度地震 設計地震 最大考量地震 地震回歸期 約30年 475年 2500年 韌性需求 之限制 須保持彈性 韌性需求小於Ra 韌性需求小於R 特性 地震強度小，但不容許地震力折減 地震強度中等，容許彈性反應需求部分折減 地震強度最大，容許對彈性反應需求做最大折減 中小度地震雖然地震作用力較小，但在此設計水準下結構須保持彈性且不產生損壞，地震力不容許折減，在設計韌性較佳之結構物時，因設計地震及最大考量地震對容許韌性之折減過多，故此一目標會控制耐震設計。 設計地震則為主要考量之地震，在此地震力作用下容許建築物在一些特定位置如梁之端部產生塑鉸，進入部分韌性，藉以消耗地震能量，並降低建築物所受之地震反應，以便在地震過後結構仍可修復使用。 最大考量地震之地震需求最大，設計目標在使建築物於此罕見之烈震下不產生崩塌，但容許其達到韌性容量值，因此地震之需求雖大，折減的比例也最大。 綜合來說，此三層級之地震水準雖考量之地震強度不同，但所對應之容許韌性折減也不同，故最後求得之設計結果差異不大。 目前之規範並未明訂出中小度地震之水平譜加速度係數，而是由475年設計地震之水平譜加速度係數值折減得來，其所對應之地震回歸期並非如上所述之30年，應為更小之值。

B. 建築物地下部份之設計水平地震力及垂直地震力修正說明

結構物在受地震作用時，所需考量之地震力分為三部份，即水平方向由基面傳遞向上之地震力、結構側牆對地下部份之水平推力，以及垂直方向之地震力。 在做結構分析時，需將三部份之地震力同時輸入結構模型中，以分析桿件及構材之受力情形，然如前所述，此三部份之地震力依據不同之設計水準及所對應之容許韌性值亦會有不同之設計值產生，此部份之設計參數參照耐震設計規範整理如下表： 考量地震力 中小度地震 設計地震 最大考量地震 地上部份水平設計地震力

地下部份水平設計地震力

垂直地震力

依據耐震設計規範之設計原則，針對結構物之桿件及構材做耐震設計時，應依序將不同地震水準之各部分地震力輸入至結構模型進行分析，並從中找出控制此構材之載重組合，進而加以設計，因為各部份之地震力在不同地震水準時考量之情況不同，其變化性亦非等比例之增減，因此，在同一結構物中，桿件A為中小度地震控制時，桿件B可能為最大考量地震所控制。 現行之建築物耐震設計規範除針對地上部份設計水平地震力之訂定較為詳盡外，對於地下部份之設計水平地震力以及垂直地震力之規定並不十分明確，其僅針對475年之設計地震力加以規定，中小度及最大考量地震部份僅對475年之設計地震修正得來。 在建築物地下部份之設計水平地震力部分，規範條文2.12節規定，在計算建築物地下各層之設計水平震度K時，為避免中小度地震降伏，建築物地下部分各層之水平震度K，對一般工址與近斷層區域，可除以4.2，臺北盆地區域則除3.5。為避免最大考量地震崩塌，則式中之SDS應改用SMS。此部分應為不合理之規定，在考量KS、K以及KM時，依據1.2節之設計精神，設計地震水準的不同必須配合所對應之容許韌性值做調整，亦即將SDS除以4.2或3.5時，KS亦應同時調整其內涵之容許韌性值；將SDS以SMS取代時，KM所代表的意義亦應為韌性用盡時之參數。但以目前規範研究之進展，對於不同地震水準下地下各部份之韌性行為並不十分清楚，因此要準確定出KS及KM之值有其困難度存在。 在垂直地震力部分，規範條文中規定，垂直向之設計譜加速度係數SaD,V可藉由水平向之設計譜加速度係數SaD定義為：一般震區與臺北盆地： ，近斷層區域：SaD,V = SaD，且中小度地震與最大考量地震之設計垂直地震力可修正計算之。然而該如何修正計算垂直地震力，以滿足中小度地震、設計地震與最大考量地震的多重性能目標，規範條文與解說均並無明確交代，且垂直向之震動週期無法經由計算或是經驗公式求出，構材垂直向之震動行為亦無法有效掌握，要明確界定此三地震層級下之地震力及容許韌性值，進而訂定出KS,Z及KM,Z也有其難度存在。 為合理化現行之耐震設計規範，及簡化工程師在設計上的步驟，對於建築物地下室之設計水平地震力以及垂直向地震力的部份，在中小度、475年設計地震以及最大考量地震三個地震水準配合相對應之容許韌性之設計下，應不至於差距太大，故建議以475年之設計地震力設計即可，刪除相關針對中小度及最大考量地震之修正要求。工程師在設計時可依規範之規定將地上部份之設計水平地震力依性能水準之不同找出控制之設計值後，再將地下室及垂直向之475年設計地震力代入，即可對結構進行設計分析。 修正建議歸納如下表： 考量地震力 中小度地震 設計地震 最大考量地震 地上部份水平設計地震力

地下部份水平設計地震力 同右 同左 垂直地震力 同右 同左

修正建議： 2.12 建築物地下部分之設計水平地震力(原條文) 建築物地下各層施加之設計水平地震力為該層靜載重乘以該層深度對應之水平震度K。水平震度K依下式計算：

                              	(2-19)

其中，SDS為工址短週期設計水平譜加速度係數，I為用途係數，H為自地表面往下算之深度。H大於20公尺時以20公尺計。 2.10.1節為避免中小度地震降伏，建築物地下部分各層之水平震度K，對一般工址與近斷層區域，(2-19)式之值可除以4.2，臺北盆地區域則除3.5。 2.10.2節為避免最大考量地震崩塌，(2-19)式之SDS應改用SMS。

2.12 建築物地下部分之設計水平地震力(修正條文) 建築物地下各層施加之設計水平地震力為該層靜載重乘以該層深度對應之水平震度K。水平震度K依下式計算：

                              	(2-19)

其中，SDS為工址短週期設計水平譜加速度係數，I為用途係數，H為自地表面往下算之深度。H大於20公尺時以20公尺計。 2.10.1節為避免中小度地震降伏，建築物地下部分各層之水平震度K，對一般工址與近斷層區域，(2-19)式之值可除以4.2，臺北盆地區域則除3.5。 2.10.2節為避免最大考量地震崩塌，(2-19)式之SDS應改用SMS。

2.18 垂直地震力(原條文) 為提升建築物抵抗垂直向地震之能力，垂直地震力應做適當之考量。水平懸臂構材與水平預力構材等尤其應就垂直地震效應做適當的考慮。垂直向之設計譜加速度係數SaD,V可藉由水平向之設計譜加速度係數SaD定義為： 一般震區與臺北盆地： 近斷層區域：SaD,V = SaD (2-22) 2.10節中小度地震與最大考量地震之設計垂直地震力可修正計算之。

2.18 垂直地震力(修正條文) 為提升建築物抵抗垂直向地震之能力，垂直地震力應做適當之考量。水平懸臂構材與水平預力構材等尤其應就垂直地震效應做適當的考慮。垂直向之設計譜加速度係數SaD,V可藉由水平向之設計譜加速度係數SaD定義為： 一般震區與臺北盆地： 近斷層區域：SaD,V = SaD (2-22) 2.10節中小度地震與最大考量地震之設計垂直地震力可修正計算之。

2. 建築物之間隔 規範第2.16.2節最後一段規定： 2.10.2節最大考量地震發生時，建築物之間隔不必檢核。是否意味建築物之設計地震力由最大考量地震控制時不須檢核間隔，此部份會使設計者造成疑慮。建議當設計地震由最大考量地震控制時，應檢核475年地震力(式2-3)作用下之間隔。 2.16.2 建築物之間隔(原條文) 為避免地震時所引起的變形造成鄰棟建築物間的相互碰撞，建築物應自留設設計地震力作用下產生位移乘以0.61.4yRa倍。若設計地震力由(2-16)式控制時，則應乘以0.61.4y 倍，其中 係以一般工址與近斷層區域 等於3.0，或臺北盆地的 等於2.5的條件下，由2.9節的公式計算所得之Ra值。需要考慮P-效應者，計算之位移應包括此效應。2.10.2節最大考量地震發生時，建築物之間隔不必檢核。

2.16.2 建築物之間隔(修正建議) 為避免地震時所引起的變形造成鄰棟建築物間的相互碰撞，建築物應自留設於(2-3)式計算之設計地震力作用下，所產生之位移乘以0.6´1.4ayRa倍。需要考慮P-D效應者，計算之位移應包括此效應。

3. 韌性容量 參考FEMA-450及IBC2006，建議增修第一章1.7節之表1.3，將BRBF列入二元系統之斜撐系統R=4.8，含鋼板剪力牆鋼構架系統亦列入二元系統之剪力牆類，其R值亦為4.8。 基本結構系統 抵抗地震力結構系統敘述 R 高度限制（m） 三、抗彎矩構架系統

四、二元系統 1. 韌性抗彎矩構架（SMRF）

(1)鋼造
(2)混凝土造
(3)合成構造
(4)具非結構牆

2.部分韌性抗彎矩構架

(1)鋼造
(2)鋼筋混凝土造

3.鋼造韌性桁架

1. 剪力牆

(1)鋼筋混凝土造，具SMRF 
(2)鋼筋混凝土造，具非結構牆SMRF 
(3)鋼造，具SMRF 
(4)鋼造，具非結構牆SMRF  

(5)鋼造，具鋼板剪力牆SMRF

(6)磚石造，但具SMRF 

2.斜撐系統 (1)鋼造偏心斜撐，具SMRF (2)鋼造特殊同心斜撐，具SMRF (3)鋼造偏心斜撐，具非結構牆SMRF (4)鋼造特殊同心斜撐，具非結構牆SMRF (5)鋼造挫屈束制支撐構架(BRBF)，具SMRF 4.8 4.8 4.8 4.0

3.2 3.2 4.0

4.8 4.0 4.8 4.0 4.8 3.2

4.8 4.8 4.0 4.0 4.8 不限 不限 不限 不限

50 50 50

不限 不限 不限 不限 不限 50

不限 不限 不限 不限 不限

4. 週期上限係數CU值 現行規範(94年版)第2.6節中有關週期上限係數CU值之訂定，原係考慮台灣一般建築物具有較大之含牆勁度，會引致較低之基本振動週期，故將86年版中有關『基本振動週期得用其他結構力學方法計算，但所得之T值不得大於前述經驗公式週期之1.4倍』之規範條文，參照當時美國規範FEMA302 (1997)之規定，修定為『基本振動週期得用其他結構力學方法計算，但所得之T值不得大於前述經驗公式週期之CU倍，週期上限係數CU如表2-7定義』。 規範表2-7 週期上限係數CU (依SD1線性內插求值) 工址一秒週期設計水平譜加速度係數SD1 週期上限係數CU 0.4 1.20 0.35 1.25 0.30 1.30

但經工程師於設計實務使用後發現，以此較低振動週期為基準計算之設計地震力偏於保守，殊不經濟。同時，美國FEMA 368 (2000)、FEMA 450 (2003)及IBC2006 (2006)等較新版之規範及技術報告，業已修正其週期上限係數CU之值在1.4至1.7之變化範圍內(依據工址一秒週期設計水平譜加速度係數SD1求值)，故建議將現行台灣規範恢復至86年版之規定，將表2-7修訂為： 規範表2-7 週期上限係數CU (依SD1線性內插求值) 工址一秒週期設計水平譜加速度係數SD1 週期上限係數CU 0.4 1.40 0.35 1.40 0.30 1.40 註：保留此表，預留日後修改之空間。

5. 液化潛能判定所採用之地表水平加速度 規範11.1.3節中規定液化潛能判定所採用之地表加速度，應將工址地表水平加速度乘上用途係數I，來考量建築物之重要性。 由於液化潛能判定係評估在特定地震條件（中小地震、設計地震及最大考量地震）下飽和砂土層發生液化之潛勢，潛勢並不會隨建築物重要性而不同，故建議液化潛能判定時取消用途係數I值。 11.1.3 砂土層之液化潛能判定(原條文)

(前段保留)

工址應分別檢核中小度地震時(一般工址與近斷層工址之地表水平加速度A = ，或臺北盆地之地表水平加速度A = 時)，設計地震時(地表水平加速度A = 0.4SDSIg時)，及最大考量地震時(地表水平加速度A = 0.4SMSIg時)發生液化的可能性。

11.1.3 砂土層之液化潛能判定(修正條文)

(前段保留)

工址應分別檢核中小度地震時(一般工址與近斷層工址之地表水平加速度A = ，或臺北盆地之地表水平加速度A = 時)，設計地震時(地表水平加速度A = 0.4SDS g時)，及最大考量地震時(地表水平加速度A = 0.4SMS g時)發生液化的可能性。

6. 液化潛能判定所採用之地震規模 規範未明訂液化潛能判定時各區域所須採用之地震規模，建議規範相關條文解說中加入規模分區圖及判斷公式，供工程師參考。

NCREE (2006)