結構耐震評估與補強：TEASPA 4.0線上服務網頁(上)

王佳憲¹、賴昱志²、李其航³、林志偉³、鍾立來^1,5,6、薛強³、彭瑞龍¹、邱聰智^1、4

¹國震中心、²土木/結構技師、³中興工程顧問社、⁴臺科大營建系、⁵臺大土木系、⁶成大土木系

國家地震工程研究中心(以下稱：國震中心)，研發之臺灣結構耐震評估側推分析法(TEASPA)，已更新為4.0版[1]，國震中心除了依據最新研究更新非線性鉸參數、增加不同類型桿件之模擬(如：開口牆桿件)、新增補強工法等外，國震中心更與中興工程顧問社(以下稱：中興社)合作，開發TEASPA4.0線上服務網頁[2]，透過線上服務網頁的方式，直接於雲端進行運算，使用者待運算完畢後，再前往網頁下載完成運算之檔案即可。目前經國震中心與中興社測試，線上服務網頁適用之結構分析軟體版本為ETABS 2016、2017及SAP2000 v20。透過線上服務網頁，國震中心將最新之研究，即時更新於線上服務網頁，供使用者使用，亦可即時修正使用者回報之錯誤訊息，同時經使用者同意，蒐集去識別化之結構資訊，供後續研究使用，再回饋予使用者，期能達成互利之效果。

TEASPA於V3.1版[3]，柱構件改採P-M非線性鉸，並已獲得內政部營建署認證使用範圍，不再受限於6層樓以下，於V4.0版同樣採用P-M非線性鉸。本文旨在介紹線上服務網頁之操作方式，並以一兩層樓之結構案例，說明如何使用線上服務網頁輔助進行分析。TEASPA 4.0之詳細改版內容，可參考TEASPA技術手冊[1]。

一、線上服務網頁簡介

TEASPA於V4.0版導入線上服務網頁，採線上方式直接於雲端進行運算，使用者可於搜尋引擎搜尋「TEASPA」或輸入文獻[2]之網址，前往線上服務網頁(如圖1)，再點選下載專區，即可於下載專區下載TEASPA 4.0之相關技術文件，包含TEASPA 4.0技術手冊、線上服務網頁使用手冊[4]、EXCEL輸入資料表樣版及示範例等。使用者可下載線上服務網頁使用手冊[4]，搭配EXCEL樣版及示範例同步使用，逐步了解線上服務網頁之使用方式。

初次使用線上服務網頁，可於首頁點選註冊後，於註冊頁面進行帳號註冊，使用者僅需填寫一電子郵件、設定密碼並勾選同意系統蒐集去識別化結構資訊供後續研究使用，即可完成註冊，完成註冊後，系統會自動發出一封認證信，使用者於信箱收信並完成認證後，即可使用線上服務網頁之功能。

完成註冊並登入後，使用者可點選執行專案，並新增相關專案後，即可開始使用線上服務網頁之各模組進行分析。於V4.0版線上服務網頁，將詳細評估之流程，拆解為4個模組：SecGen、FrameInfo、HingeProp及PGA(如圖2)，此4模組必須搭配EXCEL樣版一併使用。SecGen模組可協助材料及桿件斷面性質、FrameInfo模組則可協助使用者篩選需設定非線性鉸之桿件於輸入資料表中、HingeProp模組可協助設定非線性鉸及輸出構件非線性鉸計算書供檢核使用，而PGA模組則可協助進行容量震譜之轉換及計算耐震性能。

於分析過程中，使用者需搭配EXCEL檔同步輸入資料，線上服務網頁即可協助將材料性質、斷面性質等設定於模型檔，不必再分別設定於模型與文字輸入檔。使用線上服務網頁時，任一模組輔助進行設定皆可單獨執行，如：已有建置好斷面之模型，則可直接由FrameInfo或HingeProp模組開始執行，並非一定要依序執行此4個模組；檔案上傳至線上服務網頁後，使用者亦不需於網頁上等待，不論分析結果成功或失敗，系統均會寄電子郵件通知使用者(如圖3)前往該專案的模組頁面下載或修改。

二、分析流程：SecGen模組

本文以一棟簡化之兩層樓案例進行側推分析，說明如何依照流程採用TEASPA 4.0線上服務網頁進行耐震詳細評估。簡易案例(如圖4)為一兩層單跨之模型，位於花蓮縣瑞穗鄉，為非韌性抗彎構架，用途係數I=1.25，其X向跨度5 m，Y向跨度8 m，柱梁斷面尺寸與斷面細節，如圖5，兩層樓樓高均為3.6 m，樓板厚度為15 cm；此構架屬既有結構，混凝土抗壓強度採用190kfg/cm²；所有鋼筋之降伏強度皆採用3200 kfg/cm²。經計算該結構之短周期設計水平譜加速度S_DS=1.136；一秒周期設計水平譜加速度S_D1=0.711。本文對X向進行側推分析，為弱軸抗彎。

可先於分析軟體(本文以ETABS 2017版為例)，依據結構跨度及樓高建置網格格線，由線上服務網頁專區下載EXCEL樣版，由各頁面資訊(如圖6)，可大致分為建物基本資訊、材料性質、材料尺寸、斷面資訊及欲設定非線性鉸之桿件資訊。就本案例而言，使用者可先於頁面1.1填入之結構資訊後，再於頁面2.1、2.2輸入材料資訊、於頁面3.1輸入鋼筋尺寸，其中頁面3.1鋼筋尺寸性質及3.2紅磚及磚縫尺寸性質，EXCEL樣版已提供常見尺寸性質，使用者可參酌使用。完成材料性質及尺寸輸入後，可至頁面4.0.1，填寫斷面之縱向主筋配置資料(如圖7)，該頁面之同一主筋配置可供多種不同斷面使用，可以斷面形心為原點輸入主筋位置，若鋼筋數量較多，則可採線性內插方式，將兩根鋼筋中間的鋼筋，由程式自行計算其位置(如圖7配置B編號3~6間之鋼筋編號，即由程式自行運算)，其詳細方式詳見使用手冊。輸入完主筋配置後，可至頁面4.1.1，填寫柱桿件之斷面資料，由於本案例僅有一種柱斷面，其詳細輸入之結果，如圖8；完成柱斷面資訊填寫後，可至頁面4.2.1填寫梁斷面資訊，本案例亦僅有一種梁斷面(本範例為矩形梁)，梁及其它斷面之輸入方式，可參照使用手冊[4]。

完成EXCEL輸入資料表填寫後，可將已完成格線建置之模型檔，轉換為文字檔(若為ETABS軟體則為.e2k檔，SAP2000則為.s2k檔)，再連同EXCEL輸入資料表一併上傳至線上服務網頁之SecGen模組，於模型建置及EXCEL輸入時，應注意本線上服務網頁之所有力量與長度單位，均採kgf及cm，建議全程均以此單位輸入，降低錯誤機率。系統於執行完成後，會寄給使用者執行完畢之通知信，使用者可依連結至該專案，下載執行結果之壓縮檔，該壓縮檔將包含兩個資料夾，分別為使用者上傳之檔案(input)及完成材料、斷面性質設定之模型文字檔(output)。

三、分析流程：FrameInfo模組

使用者可透過完成材料性質、斷面性質設定之模型文字檔，直接建置分析模型(含剛性樓板設定、剛性區域設定、節點Panel Zone設定、靜活載重設定及質量來源設定等)，詳細方式可參見技術手冊[1]附錄C。於完成模型建置及垂直載重加載後，此時可選取需設定非線性鉸之桿件，設定AUTO非線性鉸，其中垂直桿件(含柱及RC牆、開口RC牆)，設定AUTO PMM非線性鉸(如圖9)，梁桿件設定AUTO M3非線性鉸；磚牆斜撐之非線性鉸會由程式自動進行判斷，不需先設定AUTO非線性鉸；經完成AUTO非線性鉸設定之模型，如圖10，由於系統會依據使用者設定AUTO非線性鉸之位置，作為TEASPA非線性鉸預計設定之位置，並整理至後續工作表中，因此使用者可於此階段，先將AUTO非線性鉸設定於正確位置；當開始執行分析前，建議使用者於Analyze->Analysis Model for Nonlinear Hinges，選取Model Hinges as Separate Link Elements，後續分析結果將較為合理，其模擬方式將於一樓柱底產生2%柱長之非線性鉸偏移量，使用者可依專業判斷決定是否調整。

如同先前之版本，完成非線性鉸設定後，應先進行靜力分析，以求得工作載重(DL+0.5LL)下，垂直承載構件所承受之軸力，並於Show Tables中，匯出工作載重下桿件之內力及桿件偏移量(如圖11)之EXCEL檔(構件資訊資料表)；之後再填寫EXCEL輸入資料表1.1之結構資訊，並匯出完成模型建置及AUTO非線性鉸設定之結構模型文字檔(.e2k/.s2k)，連同輸入資料表(.xlsx)及構件資訊資料表(.xlsx)，一併上傳至線上服務網頁之FrameInfo模組。

參考文獻

1.     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，「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，報告編號NCREE-20-005，台北，2020年。下載連結：https://teaspa.ncree.org.tw/Home/Download

2.     TEASPA 4.0線上服務網頁：https://teaspa.ncree.org.tw/

3.     邱聰智、蕭輔沛、鍾立來、翁健煌、李其航、劉建均、薛強、何郁姍、陳幸均、楊智斌、翁樸文、沈文成、涂耀賢、楊耀昇、李翼安、葉勇凱、黃世建，「臺灣結構耐震評估側推分析法 (TEASPA V3.1)」，國家地震工程研究中心，報告編號NCREE-18-015，台北，2018年。

4.     中興工程顧問社，「臺灣結構耐震評估側推分析法TEASPA v4.1.0 線上服務網頁使用手冊」，中興工程顧問社。下載連結：https://teaspa.ncree.org.tw/Home/Download 

圖1  TEASPA 4.0線上服務網頁首頁[2]

圖2  簡易版詳細評估流程圖

圖3  TEASPA 4.0執行結果通知信件

圖4  兩層樓分析案例

圖5  ：兩層樓分析案例斷面細節

圖6  EXCEL輸入資料表頁面簡介

圖7  於EXCEL樣版輸入斷面主筋配置

圖8  於EXCEL樣版輸入柱斷面資訊

圖9  柱之AUTO PMM非線性鉸設定

圖10  完成AUTO非線性鉸設定之模型

圖11  匯出桿件內力與偏移量之EXCEL檔