結構耐震評估及補強：韌性與容量需求比

鍾立來^1,2,3、李梓綸²、賴昱志¹、邱聰智^1,4、鄧凱文⁵、楊耀昇⁶

¹國震中心、²臺大土木工程學系、³成大土木工程學系、⁴臺科大營建工程系、⁵力行佳工程顧問有限公司、⁶永安土木技師事務所 

建築結構發揮其耐震能力之管道有二：強度及韌性(變形能力) [1]。耐震能力不足之既有建築結構，其補強策略亦為：強度及韌性[2]。強度補強之工法有：剪力牆、翼牆、開口牆；韌性補強之工法則有：鋼板包覆、纖維包覆、窗台切縫、高窗填充。根據建築物耐震設計規範[1]，因結構之韌性，得以折減其設計地震力(耐震需求)，折減之程度，隨其基本振動週期及韌性容量而變化。結構愈柔軟(週期愈長)，韌性愈容易發展；韌性容量愈高，耐震需求折減愈多。

本文旨在探討韌性於結構耐震評估及補強之角色，結構之韌性延長其振動週期，增加其阻尼，提升結構之耐震能力。透過耐震評估之方法[2]，量化韌性對短週期結構(低矮樓房)及中長週期結構(中高樓房)之貢獻，以作為耐震評估(補強前後)結果檢核之參考[3,4]。

八、結語

建築結構從彈性段進入塑性段時，勁度軟化，並形成遲滯消能。韌性發揮程度愈高，結構之等效週期延長愈多，而無上限；等效阻尼比亦隨之提升，對既有鋼筋混凝土結構，上限為26.2%。

短週期結構之設計反應譜處於等加速度段，需求譜加速度不因週期之延長而降低，僅因阻尼比之提升而遞減。而中長週期結構之設計反應譜處於等速度段，需求譜加速度反比於基本振動週期，故同時隨週期之延長及阻尼比之提升而遞減。因此，韌性發揮程度愈高，需求譜加速度愈小，容量需求比愈大，且中長週期結構之需求譜加速度之降幅及容量需求比之升幅皆較高。

某既有結構之破壞模式為脆性，不具韌性，韌性比為1，若經補強後，韌性比提升至4，短週期結構之容量需求比可增至1.617倍，而中長週期結構則增至3.024倍，中長週期結構之韌性補強效果較佳，但仍有限制。當既有結構稍具韌性，韌性比為2，若韌性補強至比值4，短週期結構之容量需求比提升至1.617/1.482 = 1.092倍，而中長結構則提升至3.024/1.966 = 1.538倍，稍具韌性之結構，再作韌性補強，雖仍有效果，程度卻下滑。

參考文獻

1.      內政部營建署 (2011)，「建築物耐震設計規範及解說」，內政部100.1.19台內營字第0990810250號令修正部分規定，自中華民國100年7月1日生效。

2.      邱聰智、鍾立來、涂耀賢、賴昱志、曾建創、翁樸文、莊明介、葉勇凱、李其航、林敏郎、王佳憲、沈文成、蕭輔沛、薛強、黃世建 (2020)，「臺灣結構耐震評估與補強技術手冊(TEASPA V4.0)」，國家地震工程研究中心，研究報告20-005。

3.      鍾立來、陳俊鴻、楊耀昇、邱聰智、涂耀賢 (2019)，「結構耐震評估：審查重點及結果彙整表」，技師報，第1180期。https://youtu.be/5jdmMc2Pp_0。

4.      鍾立來、涂耀賢、邱聰智、楊智斌、楊耀昇 (2019)，「審查重點及結果彙整表(二)：結構耐震補強」，技師報，第1198期。https://youtu.be/HUPeptMjZQM。
 

表1  容量需求比與屋頂位移

表2  短週期及中長週期結構之阻尼修正係數[1]

圖1  容量曲線 (側推曲線)		圖2  等效週期與屋頂位移之關係
圖3  等效阻尼比與屋頂位移之關係		圖4  短週期結構阻尼修正係數 與屋頂位移之關係
圖5  中長週期結構阻尼修正係數 與屋頂位移之關係		圖6  短週期結構之需求譜加速度 與屋頂位移之關係
圖7  中長週期結構之需求譜加速度 與屋頂位移之關係		圖8  短週期結構之容量需求比 與屋頂位移之關係
圖9  中長週期結構之容量需求比 與屋頂位移之關係