第 六 章 結 構 系 統 設 計 詳 細 要 求 6.1 通 則 1. 建 築 物 之 構 材 應 設 計 使 能 抵 抗 地 震 力 與 靜 活 載 重 等 之 組 合 作 用 當 考 慮 地 震 因 傾 倒 力 矩 造 成 上 舉 效 應 時, 靜 載 重 應 予 折 減 容 許 應 力 載 重 係 數 及 強 度 折 減 係 數 悉 依 各 種 構 造 構 材 設 計 規 範 之 規 定 2. 下 列 兩 種 情 況 下, 應 考 慮 地 震 作 用 方 向 不 沿 建 築 物 主 軸 方 向 之 效 應 : (1) 建 築 物 具 有 表 1-2 第 5 種 平 面 不 規 則 性 者 (2) 建 築 物 兩 個 主 軸 方 向 均 具 有 表 1-2 扭 轉 不 規 則 性 者 上 述 須 考 慮 地 震 不 沿 主 軸 方 向 作 用 之 情 況, 可 設 計 構 材 同 時 承 受 某 一 主 軸 向 100% 地 震 力 加 上 與 其 垂 直 方 向 30% 地 震 力 產 生 之 效 應 採 用 動 力 分 析 以 振 態 疊 加 法 計 算 構 材 內 力 時, 應 考 慮 地 震 沿 幾 個 不 同 的 角 度 輸 入 的 狀 況 當 考 慮 地 震 因 傾 倒 力 矩 造 成 上 舉 效 應 時, 一 般 不 考 慮 活 載 重 的 存 在, 而 靜 載 重 也 要 適 當 折 減, 以 彰 顯 此 效 應 以 ACI 規 範 強 度 設 計 法 為 例, 靜 載 重 考 慮 為 90%, 以 工 作 應 力 設 計 法 為 例, 靜 載 重 考 慮 為 85% 6.2 結 構 系 統 要 求 6.2.1 通 則 表 1-3 所 述 之 四 種 一 般 建 築 物 基 本 結 構 系 統 應 滿 足 本 節 之 規 定 及 有 關 之 韌 性 特 別 規 定 6.2.2 多 種 系 統 合 用 時 之 特 別 要 求 同 屬 不 同 結 構 系 統 之 構 材, 應 採 用 具 較 嚴 格 細 部 要 求 的 系 統 之 規 定 6.2.3 接 頭 承 受 地 震 力 之 接 頭 應 妥 為 設 計 並 繪 製 細 部 圖 6.2.4 變 形 一 致 性 之 考 慮 設 計 時 不 當 做 抵 抗 地 震 力 結 構 系 統 之 構 材, 應 檢 核 在 設 計 地 震 力 產 生 之 位 移 放 大 1.4α R y 倍 後, 其 承 擔 垂 直 載 重 的 能 力 是 否 足 夠 檢 核 時 應 考 慮 P 效 應 a 以 工 作 應 力 法 設 計 時, 可 將 長 期 容 許 應 力 放 大 1.7 倍 用 以 檢 核 強 度 與 結 構 系 統 相 接 之 剛 性 構 材 須 做 下 列 之 考 慮 : 1. 抗 彎 構 架 若 與 非 抵 禦 地 震 力 之 較 剛 性 構 材 相 連 接, 則 此 等 構 材 之 破 壞 或 與 構 架 之 交 互 作 用, 應 不 得 減 損 抗 彎 矩 構 架 抵 禦 地 震 力 及 承 載 垂 直 力 之 功 能 此 等 剛 性 構 材 須 於 設 計 時 加 以 適 當 考 慮, 另 於 決 定 建 築 物 是 否 為 不 規 則 性 結 構 6-1
時, 亦 應 考 慮 此 些 剛 性 構 材 之 效 應 2. 建 築 物 外 圍 的 非 承 重 或 非 剪 力 牆 版 及 構 材, 應 依 照 (4-1) 式 的 地 震 力 設 計, 並 應 能 承 受 結 構 物 由 於 地 震 力 或 溫 度 變 化 產 生 之 變 形 該 構 材 應 以 機 械 接 頭 及 螺 栓 或 現 場 澆 注 混 凝 土 支 承 於 結 構 體, 並 應 符 合 下 述 規 定 : (1) 接 頭 應 能 容 許 設 計 風 力 引 起 層 間 變 位 的 兩 倍 或 設 計 地 震 力 引 致 層 間 變 位 的 1.4α R y 倍 或 1.25 公 分, 三 者 取 其 大 值 a (2) 牆 版 平 面 上 使 其 能 准 許 層 間 變 位 的 螺 栓 接 頭 應 為 具 槽 孔 或 擴 大 孔 使 其 能 滑 動 者, 利 用 鋼 件 的 撓 曲 變 形 或 其 他 接 頭 具 有 相 當 滑 動 及 韌 性 容 量 者 亦 可 使 用 (3) 接 合 桿 件 應 具 有 足 夠 韌 性 及 轉 角 能 力 以 防 止 混 凝 土 破 碎 或 電 銲 處 發 生 脆 性 破 裂 (4) 接 合 桿 件 應 採 用 (4-1) 式 的 地 震 力 設 計 之, 但 R 採 用 3.0 及 a 取 1.0 (5) 接 合 系 統 中 的 所 有 元 件, 如 螺 栓 嵌 入 物 電 焊 插 筋 等, 應 以 (4-1) 式 的 地 震 力 設 計 之, 但 R 採 用 1.0 及 a 亦 採 用 1.0 (6) 埋 置 於 混 凝 土 中 的 繫 件 應 鉤 住 或 固 定 於 鋼 筋 上, 以 便 將 力 量 有 效 傳 遞 至 鋼 筋 抗 彎 矩 構 架 常 在 構 架 中 連 接 較 剛 性 構 材, 例 如 非 結 構 填 充 牆 半 填 充 牆 窗 臺 樓 梯 斜 坡 等, 此 等 構 材 雖 非 設 計 為 抵 禦 地 震 力 之 構 材, 但 其 本 身 具 有 相 當 之 剛 性 及 強 度, 因 此 其 於 地 震 時 常 會 與 抗 彎 矩 構 架 產 生 互 制 作 用, 而 影 響 構 架 本 身 之 原 始 設 計 功 能 設 計 時 應 考 慮 此 等 剛 性 構 材 之 效 應, 分 析 設 計 時 要 分 兩 階 段 來 進 行 第 一 階 段 要 假 設 非 結 構 填 充 牆 為 結 構 牆, 參 與 結 構 分 析, 並 預 測 非 結 構 填 充 牆 破 壞 時, 其 旁 之 梁 柱 不 致 損 壞 第 二 階 段 可 假 設 非 結 構 牆 已 破 壞, 只 剩 下 抗 彎 矩 構 架 來 分 析 設 計 當 結 構 體 地 震 位 移 放 大 至 1.4α R a 倍 時, 半 填 充 牆 會 造 成 短 梁 之 現 象, 窗 臺 y 會 造 成 短 柱 之 現 象, 而 使 結 構 構 材 產 生 較 無 韌 性 之 剪 力 破 壞, 若 無 法 避 免 時, 應 做 隔 離 縫 個 隔 離 若 剛 性 構 材 於 立 面 佈 置 不 均 勻, 則 建 築 物 容 易 產 生 弱 層 若 其 於 平 面 佈 置 不 均 勻, 則 建 築 物 可 能 因 此 而 具 有 扭 轉 不 規 則 性 之 情 形 6.2.5 結 構 體 繫 件 與 連 續 性 結 構 物 各 部 分 應 相 互 連 結 成 一 體, 接 頭 應 能 承 受 並 傳 遞 被 連 結 部 分 引 致 之 地 震 力 建 築 物 任 一 較 小 的 部 分 應 繫 結 於 建 築 物 的 主 要 部 分 結 構 體 繫 件 應 至 少 能 承 受 F = 0. 2IS W 之 地 震 力,W 為 結 構 物 較 小 部 分 之 重 量 DS 6.2.6 匯 集 構 材 建 築 物 某 部 分 產 生 之 地 震 力 應 經 由 匯 集 構 材 將 其 傳 遞 至 抵 抗 地 震 力 結 構 系 6-2
統 上 匯 集 構 材 及 與 抵 抗 地 震 力 結 構 系 統 之 接 合 處, 其 地 震 力 應 放 大 1.4α 倍 設 計 之 6.2.7 鋼 筋 混 凝 土 構 架 抵 抗 地 震 力 之 鋼 筋 混 凝 土 構 架 應 設 計 為 韌 性 抗 彎 矩 構 架 有 關 鋼 筋 混 凝 土 構 材 之 韌 性 設 計 可 參 閱 內 政 部 結 構 混 凝 土 設 計 規 範, 其 中 有 關 耐 震 設 計 之 特 別 規 定 若 建 築 物 中 剪 力 牆 或 斜 撐 構 材 非 均 勻 的 配 置 於 橫 隔 版 上, 則 其 需 要 額 外 之 匯 集 構 材 來 將 橫 隔 版 之 剪 力 傳 遞 至 剪 力 牆 或 斜 撐 構 材 上 如 圖 C6-1(a) 中 所 示, 一 建 築 物 平 面 上 配 置 四 道 剪 力 牆 於 其 四 個 角 落, 對 南 北 向 地 震 而 言, 若 其 於 線 BC 及 AD 的 位 置 上 設 置 弦 加 強 構 材, 則 剪 力 於 線 AB 上 為 均 勻 分 布 的, 但 牆 A 為 一 短 牆, 所 以 需 要 額 外 之 樓 版 鋼 筋 或 構 材 配 置 來 將 剪 力 傳 遞 至 牆 A 中 圖 C6-1(b) 為 另 一 需 要 額 外 之 鋼 筋 或 構 材 配 置 來 傳 遞 樓 版 剪 力 或 拉 力 之 情 形 匯 集 構 材 與 剪 力 構 材 垂 直 接 合 處 要 避 免 剪 力 摩 擦 破 壞, 因 會 影 響 原 先 假 設 之 橫 力 抵 禦 系 統 塑 性 變 形 能 量 之 消 散 故 匯 集 構 材 及 其 接 合 處 之 地 震 力 應 放 大 1.4α y 倍 設 計 之 y 6.2.8 混 凝 土 牆 或 磚 石 造 牆 之 錨 定 混 凝 土 或 磚 石 造 牆 應 錨 定 於 提 供 其 側 向 支 撐 之 所 有 樓 版 及 屋 頂 版 錨 定 需 能 提 供 牆 與 樓 版 或 屋 頂 版 間 直 接 之 連 結, 並 能 抵 抗 牆 與 樓 版 間 傳 遞 的 地 震 力, 分 配 所 傳 遞 地 震 力 之 繫 材 的 規 定 見 6.2.9 節 設 計 被 支 撐 之 牆 時, 橫 隔 版 之 變 形 應 予 考 慮 自 重 承 重 牆 剪 力 牆 應 至 少 能 承 受 之 面 外 的 橫 力 為 F = 0. 4IS w, 其 中 w w 為 牆 6.2.9 橫 隔 版 (1) 橫 隔 版 面 內 之 變 形, 不 得 超 過 其 附 著 構 材 的 容 許 變 形 容 許 變 形 應 為 附 著 構 材 在 此 變 形 下 仍 能 繼 續 支 承 加 於 其 上 之 外 力 而 無 損 其 結 構 完 整 性 (2) 樓 版 與 屋 頂 版 應 設 計 使 能 抵 抗 下 式 計 算 之 地 震 力 : F i= x n F + F t i i= x x = W n x (6-1) W i 其 中, W x 為 第 x 層 樓 版 之 重 量, F t 為 頂 層 外 加 之 集 中 橫 力,F i 為 第 i 層 分 配 到 的 地 震 力 由 (6-1) 式 決 定 之 地 震 力 不 必 大 於 0.3S DS IW x 且 不 得 小 於 0.15S DS IW x 6-3 DS w
當 橫 隔 版 上 下 方 抵 抗 地 震 力 豎 向 構 材 由 於 錯 位 或 勁 度 改 變 而 需 橫 隔 版 傳 遞 地 震 力 時, 此 力 須 加 入 (6-1) 式 後 用 以 設 計 橫 隔 版 (3) 支 撐 混 凝 土 造 或 磚 石 造 牆 之 橫 隔 版, 應 於 橫 隔 版 邊 界 構 材 間 設 有 連 續 之 繫 材, 以 分 配 傳 至 牆 上 之 剪 力 (4) 橫 隔 版 與 匯 集 構 材 之 接 頭, 匯 集 構 材 與 抵 抗 地 震 力 豎 向 構 材 之 接 頭, 若 建 築 物 具 表 1-2 第 1 至 第 4 種 不 規 則 性 時, 其 設 計 不 准 許 採 用 一 般 容 許 應 力 在 地 震 載 重 下 提 高 1/3 之 規 定 若 採 用 強 度 設 計 法, 地 震 力 之 載 重 係 數 亦 不 可 乘 以 0.75 (5) 建 築 物 具 有 表 1-2 第 2 種 不 規 則 性 時, 橫 隔 版 之 邊 界 構 材 及 與 其 垂 直 之 繫 材 應 考 慮 建 築 物 外 懸 翼 具 獨 立 運 動 設 計 之 任 一 橫 隔 版 構 材 應 以 如 下 兩 種 情 況 之 較 嚴 重 者 設 計 之 : 1. 外 懸 翼 與 本 體 同 向 運 動 2. 外 懸 翼 與 本 體 反 向 運 動 6.2.10 懸 臂 構 材 水 平 懸 臂 構 材 或 水 平 預 力 構 材 應 設 計 成 能 抵 抗 垂 直 地 震 力, 其 構 材 應 至 少 能 抵 抗 0.2 倍 靜 載 重 之 上 舉 力 承 重 牆 剪 力 牆 一 般 為 設 計 為 抵 抗 其 面 內 之 剪 力 及 垂 直 載 重, 但 其 面 外 所 受 之 力 可 能 會 造 成 牆 與 樓 版 之 分 離 而 折 損 牆 體 之 功 能, 所 以 於 此 規 定 其 最 小 面 外 應 能 承 受 之 橫 力 計 算 混 凝 土 牆 與 橫 隔 版 間 之 地 震 力 傳 遞, 以 及 橫 隔 版 各 斷 面 的 剪 力, 可 以 橫 隔 版 為 自 由 體, 將 豎 向 構 材 上 下 剪 力 差 以 及 (6-1) 式 的 地 震 力 化 為 均 布 載 重 作 用 在 自 由 體 上, 就 可 分 析 出 各 斷 面 的 剪 力 (6-1) 式 較 正 確 的 算 法 應 為 F i, 但 因 未 考 慮 高 振 態 的 影 響 F t, 且 (6-1) 式 算 得 之 值 較 保 守, 因 此 依 (6-1) 式 計 算 橫 隔 版 上 的 剪 力, 只 有 地 震 時 才 會 發 生, 沒 有 其 他 載 重 可 以 組 合, 因 此 容 許 應 力 不 得 增 加 1/3 此 外, 若 係 強 度 設 計 法 設 計, 亦 不 可 將 地 震 剪 力 乘 以 0.75 建 築 物 具 有 表 1-2 第 二 種 不 規 則 性 時, 以 目 前 ETABS 6.0 版 以 上 之 程 式, 同 一 樓 層 可 定 義 不 同 的 剛 性 版, 其 連 接 樓 版 亦 可 設 定 為 柔 性 樓 版, 若 採 用 動 力 分 析 方 法 時 則 此 連 接 樓 版 的 應 力 可 較 正 確 算 出, 不 必 依 第 (5) 點 的 方 法 來 計 算 水 平 懸 臂 構 材 雖 不 承 受 水 平 向 之 地 震 力, 但 其 受 垂 直 地 震 作 用 時 之 效 應 仍 需 加 上 考 慮, 由 於 懸 臂 構 材 其 垂 直 向 振 動 頻 率 可 能 異 於 主 結 構 體 之 垂 直 振 動 頻 率, 所 以 其 所 受 之 垂 直 地 震 力 額 外 規 定 之 6-4
6.2.11 基 面 以 下 之 構 架 基 面 與 基 礎 間 之 構 架, 其 設 計 之 強 度 與 勁 度 不 得 低 於 上 部 結 構 者 有 關 鋼 筋 混 凝 土 構 造 及 鋼 構 造 之 韌 性 特 別 規 定 應 同 樣 適 用 於 將 地 震 力 由 基 面 傳 至 基 礎 之 構 材 亦 可 以 基 面 以 上 產 生 之 極 限 層 剪 力 為 橫 力, 施 加 於 基 面 代 替 之, 但 垂 直 構 材 仍 應 依 韌 性 相 關 規 定 設 置 緊 密 箍 筋 基 面 與 基 礎 間 之 地 下 室 構 造, 因 有 勁 度 很 高 的 外 牆, 因 此 其 梁 柱 不 容 易 降 伏, 因 此 亦 應 可 容 許 不 做 韌 性 設 計, 惟 此 時 強 度 要 足 夠, 應 以 地 面 層 產 生 的 極 限 層 剪 力 強 度 時 的 剪 力 設 計 之, 使 地 下 室 構 造 在 大 地 震 時 仍 保 持 彈 性, 如 地 梁 之 設 計 如 取 地 面 層 的 極 限 層 剪 力 或 設 計 地 震 力 之 1.4α 倍 所 引 致 之 內 力 進 行 工 作 應 力 法 設 計 時, 則 可 容 許 不 做 韌 性 設 計 如 果 一 樓 版 剪 力 傳 遞 失 效, 或 地 下 室 外 牆 產 生 破 壞 時, 地 下 室 構 材 的 韌 性 設 計 就 會 發 生 功 效, 工 程 師 應 做 適 當 的 判 斷, 決 定 地 下 室 構 材 設 計 的 最 好 方 式 y 6.2.12 地 震 力 傳 遞 路 徑 不 連 續 處 附 近 構 材 之 加 強 建 築 物 結 構 體 具 有 表 1-1 中 第 4 種 立 面 之 不 規 則 性 或 表 1-2 中 第 1 2 3 4 種 之 平 面 不 規 則 性 時, 此 地 震 力 傳 遞 路 徑 不 連 續 處 的 橫 隔 版 與 垂 直 構 件 及 與 匯 集 構 材 之 接 合 處, 匯 集 構 材 與 垂 直 構 材 之 接 合 處, 地 震 力 引 致 之 內 力 應 提 高 25% 設 計 之 建 築 物 結 構 體 具 有 表 1-1 中 第 4 種 立 面 之 不 規 則 性 或 表 1-2 中 第 4 種 之 平 面 不 規 則 性 時, 支 撐 不 連 續 剪 力 牆 或 構 架 之 支 撐 構 材, 地 震 力 引 致 之 內 力 應 提 高 1.4α y 倍 設 計 之 此 些 構 材 應 滿 足 韌 性 細 部 設 計 要 求 地 震 力 傳 遞 路 徑 不 連 續 處 附 近 的 構 材, 如 圖 C6-2, 結 構 分 析 所 得 內 力 較 可 能 不 準 確, 因 此 將 地 震 力 引 致 之 內 力 提 高 25% 設 計 之 匯 集 構 材 及 與 抵 抗 地 震 力 結 構 系 統 之 接 合 處 內 力 提 高 25% 後, 尚 須 符 合 6.2.6 節 之 規 定 地 震 力 傳 遞 路 徑 不 連 續 處 附 近 的 構 材, 支 撐 不 連 續 剪 力 牆 或 構 架 之 支 撐 構 材, 如 圖 C6-3 之 柱 梁 等 為 避 免 先 在 此 處 產 生 塑 鉸 或 破 壞, 進 而 影 響 整 體 抵 禦 橫 力 系 統 之 穩 定 與 預 防 崩 塌, 因 此 將 地 震 力 引 致 之 內 力 提 高 1.4α 倍 設 計 之 y 6-5
剪 力 牆 A 之 加 強 構 材 剪 力 牆 B V 北 剪 力 牆 C 南 北 向 弦 之 加 強 構 材 剪 力 牆 A (a) 剪 力 牆 D 北 匯 集 構 材 V 剪 力 牆 A (b) 匯 集 構 材 V 剪 力 牆 A (c) 圖 C6-1 用 於 (a) 傳 遞 剪 力,(b) (c) 傳 遞 拉 力 之 構 材 6-6
圖 C6-2 地 震 力 傳 遞 路 路 徑 不 連 續 示 意 圖 6-7
(a) (b) (c) (d) 圖 C6-3 支 撐 不 連 續 剪 力 牆 或 構 架 之 構 材 6-8