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技師報於85年11月18日土木日創刊
新聞局出版事業登記證局版省報字第48號


中華民國一一一年五月七日

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橋梁及建築結構耐震設計:垂直地震力之異同

鍾立來1,2,3、涂耀賢4,3、楊智斌3、曹君婕3、連冠華5

1國震中心、2臺大土木工程系、3翔威工程顧問公司、4宏國德霖科大土木工程系、5中興工程顧問公司

一、前言

地震動有三方向:二水平向及一垂直向。垂直地震動會引致垂直地震力,因此,「公路橋梁耐震設計規範」(簡稱橋梁規範) [1]及「建築物耐震設計規範及解說」(簡稱建築規範) [2],皆訂有垂直地震力。現行規範尚無垂直設計譜加速度,而採水平設計譜加速度為基準,以比例縮小之;近斷層效應使比例值較高,故分成近斷層及非近斷層等二區域,橋梁及建築之設訂不同。設計地震之等級有三:等級I(中小度)、等級II(設計基準)及等級III(最大考量),橋梁之設訂亦異於建築。

橋梁之垂直地震力有上部結構及下部結構之分,而建築物亦有水平構件(梁、板)及垂直構件(柱、牆)之別。上部結構(水平構件)及下部結構(垂直構件),垂直振動之特性不同,垂直地震力之設訂隨之有異[3],二規範賦予上部結構及水平構件之韌性容量不同。

本文嘗試比較橋梁及建築之規範,在垂直地震力設訂之異同,並以預力混凝土I(PCI)梁為例,供工程界參考。

二、橋梁結構之垂直地震力

橋梁規範[1]2.6節之主文,「位於必須考慮活動斷層近域效應之橋梁,應考慮垂直地震力之影響」,橋梁規範謹明訂近斷層區域之垂直地震力。換言之,一般區域及臺北盆地等非近斷層區域,得不考慮垂直地震力(1)

五、結語

在垂直地震力之設定上,建築規範較橋梁涵蓋之層面更廣。橋梁規範僅明訂鄰近斷層者之垂直地震力,若橋梁位於非近斷層區域,可仿照建築規範,垂直設計譜加速度乃水平之半,據而設定橋梁之垂直地震力。此外,橋梁規範只明訂等級II(設計基準,475)地震之垂直地震力,對於重要橋梁,可參照建築規範,同時納入等級I(中小度,31)地震及等級III地震(最大考量,2475)之垂直地震力,三地震等級取最大者。

橋梁之下部結構及建築之垂直構件(柱、牆)都很重要,均不允許垂直承載力重新分配,也不允許韌性發展,兩者垂直地震力之設定相若。橋梁之上部結構,贅餘度低,且多為預力構件,規範不允許韌性發展及超強因子。若遇其他上部結構之系統,如構架式且非預力構件,可參考建築規範,給予合理之韌性容量及超強因子。

橋梁與建築結構系統不同,垂直地震力之設定不盡相同,可以理解。可是,同為土木結構,座落在大地上,兩者之地震(包括地震動)需求,其訂定之邏輯具有共通性。期橋梁及建築之專業人員,多作交流,互相切磋,讓規範之增修,更完善。

參考文獻

1.  交通部(2018),「公路橋梁耐震設計規範」,民國108114日,交技(108)字第1085000530號頒布。

2.  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,自中華民國一百年七月一日生效。

3.  劉郁芳、鍾立來、翁元滔、林克強、林瑞良、鄧崇任、曾郡于(2021),「建築物耐震規範第2.18節垂直地震力之修正」,技師報第1256期。

 1  橋梁及建築結構垂直地震力之比較

 

2  PCI梁之自重及變位

 

3  PCI梁之地震力、剪力及彎矩

 

1  PCI梁節塊之自重分佈

 

2  PCI梁之變位分佈

 

3  PCI梁節塊之地震力分佈

 

4  PCI梁之剪力分佈

 

5  PCI梁之彎矩分佈

 

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