TEASPA：高樓(強柱弱梁？弱柱強梁？)耐震能力之初步評估

鍾立來^1,2,3,4、邱聰智^1,5、林敏郎^1,6、涂耀賢⁴、楊智斌⁴

¹國家地震工程研究中心、²國立臺灣大學土木工程學系、³逢甲大學土木工程學系、⁴翔威工程顧問有限公司、⁵國立臺灣科技大學營建工程系、⁶國立成功大學 土木工程系

耐震能力之初評方法，只採用一樓垂直構件(柱、牆)之彎矩強度及剪力強度，來計算結構之極限基底剪力強度，作為耐震容量。由一樓垂直構件主導耐震能力，意味著結構屬「弱柱強梁」，此種方法並不適用於「強柱弱梁」之結構。此外，不只耐震容量，此種方法亦未能反映「強柱弱梁」之韌性，及其對耐震需求之影響[1,2]。高樓結構多屬「強柱弱梁」，若直接假設為「弱柱強梁」，會不合理地高估其極限基底剪力強度，且未能掌握其破壞模式。有鑑於此，有必要發展泛用型之初步評估方法，適用於各種破壞模式。

本文將二樓梁的彎矩強度和，依一樓及二樓之柱子勁度分配，得一樓柱頂分配之彎矩[3,4]。逐步檢核柱梁之破壞模式(強柱弱柱、弱柱強梁、柱子撓曲破壞、柱子剪力破壞)，求出主控之破壞模式，及其對應之極限側力強度。根據柱子之破壞模式，保守地折減其極限側力強度，進而加總成結構之極限基底剪力強度(耐震容量)。

同時，依據柱子之破壞模式，折減其韌性容量，再以其極限側力強度，加權平均，求得結構之韌性容量及其地震力折減係數。依循最新建築物耐震設計規範[5]，既有建築結構之耐震評估及補強，只要考慮475年地震，且韌性容量可以用盡，但不至於崩塌，據而取得耐震需求。從耐震容量及耐震需求，計算容量需求比，再加入調整因子，以反映結構不規則性及屋況劣化之程度，初步評估之結果為耐震指標。本文闡述所提之泛用型初步評估方法的操作程序[6]。

七、結語

有關建築結構耐震能力之初步評估，本文提出泛用型之方法，不只適用於「弱柱強梁」之結構，更適用於「強柱弱梁」，評估結果充分掌握結構之破壞模式，包括「柱子撓曲破壞」、「柱子剪力破壞」，且其檢核已納入二樓梁彎矩分配予一樓柱頂，程序更為完整，可避免誤判。

由一樓柱及二樓梁之尺寸及斷面資料，可計算單一柱子之極限側力強度及其破壞模式(強柱弱梁、弱柱強梁、撓曲破壞、剪力破壞)，依據破壞模式，設定極限側力強度及韌性容量之折減因子。一樓柱子之極限側力強度折減後，加總成結構之極限基底剪力，即耐震容量。一樓柱子之韌性容量折減後，以其極限側力強度，加權平均，得結構折減後之韌性容量。調閱設計圖、竣工圖、現場量測、再加上工程判斷，可取得一樓柱及二樓梁之尺寸及斷面資料。

依建築結構之用途、二樓以上之重量、基本振動週期之經驗值、設計譜加速係數及地震力因韌性之折減係數，可算得建築結構之需求。再以結構系統及屋況之良寙，調整耐震容量及需求之比值，最後得初評之結果—耐震指標。

雖然本文以抗彎矩構架為例，相關程序可延伸至二元系統(含結構牆或斜撐)。本文旨在發展高樓結構之初步評估方法，相關理論可延伸至新建結構之檢核，當新建結構完成設計時，採用此方法，可快速確認設計之合理性。

參考文獻

1.  邱聰智、賴昱志、林敏郎、鍾立來(2021)，「磚造建築結構耐震能力初步評估法」，中國土木水利工程學刊，第33卷，第5期，第357-366頁。

2.  林敏郎、邱聰智、鍾立來(2023)，「臺灣老舊日式木造建築結構耐震能力初步評估法」，中國土木水利工程學刊，第35卷，第4期，第341-350頁。

3.  范揚志、鍾立來、楊卓諺、劉紹魁、洪維良、陳陸民(2015)，「直接彎矩平衡之極限基底剪力」，結構工程，第30卷，第3期，第53-66頁。

4.  鍾立來、邱聰智、於積瑨、翁元滔、林敏郎、魏銪廷(2023)，「新建建物樓層剪力強度檢核技術研究成果報告」，中華民國結構工程學會，研究報告。

5.  內政部營建署(2022)，「建築物耐震設計規範及解說」建築物耐震設計規範及解說，內政部111.6.14台內營字第1110810765號令修正部分規定，自中華民國一百十一年十月一日生效。

6.  鍾立來、邱聰智、林敏郎、曹君婕、涂耀賢、楊智斌(2023)，「TEASPA：以極限基底剪力作初步評估」，影片，https://www.youtube.com/watch?v=WbSp3LpKj-I。

圖1  一樓內柱及其頂部之彎矩平衡圖		圖2  一樓左右兩側外柱及其頂部之彎矩 平衡圖
圖3a  475年回歸期地震之設計及評估水平 反應譜(第一、二、三類地盤)		圖3b  475年回歸期地震之設計及評估水平 反應譜(臺北盆地)
圖4  結構系統因韌性容量R之地震力折減係數		圖5  之修正