結構耐震設計：雙塔式建築連接梁之設計需求（上）

鍾立來^1,2,3、賴濤²、賴昱志²、曾建創^1,2、黃國倫⁴、楊培堅⁵、江世雄⁶

¹國震中心、²臺大土木系、³成大土木系、⁴內政部建研所、⁵大彥工程顧問公司、⁶省結構技師公會

一、前言

臺灣地狹人稠，許多建築於設計階段時，為在建蔽率及容積率間取得平衡，於可接受範圍內提升其樓層數；此類高樓層建築可以是商用大樓、亦可為民眾住宅、又或是兩者合一之住商混合大樓，有時為了使用上之規劃，會將多棟建築於中間樓層處，透過樓板相連，用來提供內部使用者於不同建築內通行之通道；此種連結之設計，既可降低主要通道之人潮流量、亦直接減少較高樓層使用者上下樓層所花費之時間。

相鄰之二棟塔樓，在地震過程中，其樓層之絕對加速度，隨時間而變化，樓層之地震力 (慣性力，即樓層質量與其加速度之積) 亦隨之變化。在任一瞬間，二棟塔樓可能作同步運動，亦可能作反向運動。以二棟塔樓所構成之立面為基準，當地震力作用於面外方向，若二棟塔樓作同向運動，此時二棟塔樓相接之樓板，承受之剪力不大；若作反向運動，則相連樓板所承受之剪大相當可觀[1]。若僅考慮二棟塔樓受到同向之地震力(同時達到正最大絕對加速度，或同時達到負最大絕對加速度)，則會嚴重低估相連樓板之剪力需求，非常不保守。若僅考慮二棟塔樓受到反向之地震力(一棟達到正最大絕對加速度，另一棟達到負最大絕對加速度)，則高估相連樓板之剪力需求，則又太保守。因此，考慮最惡劣之境況(即二棟塔樓受到反向地震力)，並依規範取此境況之相連樓板的剪力，折減為0.6倍為剪力需求，應為合理。

地震力作用於面內方向(相對於二棟塔樓所構成之立面)，若二棟塔樓作同向之運動，連接二塔樓之梁，承受之軸力不大，但彎矩相當可觀。若二棟塔樓作相向運動(互相靠近)， 連接梁承受可觀之軸壓力及彎矩。若二棟塔樓作背向運動(互相遠離)，連接梁承受可觀之軸拉力及彎矩。若連接梁之軸力相當，不能再以梁構件視之，應改以柱構件設計之。

本文旨在探討二棟塔樓之連接梁，在地震過程中之可能受力情境，並考量其發生之可能性，進而設定連接梁之設計需求，供工程師參考，以作合理之設計，避免非預期且不良之破壞模式。參考土木404-100之案例[2]，擴充為雙塔式建築結構，而以二棟塔樓承受同向地震力、僅一棟塔樓承受地震力、二棟塔樓承受反向地震力等五種載重情境，檢討連接梁之軸力及彎矩，從而訂定連接梁之設需求，以免過低或過高。

二、連接梁之內力分析

2.1 二塔樓同時達正向之最大地震力

表1  塔樓之樓層地震力

圖1  雙塔式結構之一、二樓平面圖		圖2  雙塔式結構之三樓及其上樓層平面圖
圖3  雙塔式結構之立面圖		圖4a  左側塔樓相連梁之自由體圖
圖4b  右側塔樓相連梁之自由體圖